(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210768974.9 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 杭州电子科技大 学 地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区2 号大街 (72)发明人 张博　江爱朋　祁雁英　薛立　 王燕　暨仲明　 (74)专利代理 机构 杭州君度专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 33240 专利代理师 邬赵丹 (51)Int.Cl. F16K 37/00(2006.01) F16K 31/02(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种智能阀门定位器控制参数动态优化调 整的方法 (57)摘要 本发明公开了一种智能阀门定位器控制参 数动态优化调整的方法， 应用在智能调节阀领 域。 本发明针对 带有压电式智能阀门定位器的气 动调节阀， 通过强化学习网络不断的迭代学习， 使闭环控制算法的控制参数自适应调节阀阀体、 工作环境等条件的变化， 实现控制参数动态优 化， 控制性能达到最优。 本发明提高了控制算法 的控制性能与环境变化情况下的自适应能力， 同 时避免调节阀的停机维护。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 115163910 A 2022.10.11 CN 115163910 A 1.一种智能阀门定位器控制参数动态优化调整的方法， 其特征在于： 具体包括以下步 骤实现： 步骤A1： 通过参数自整定模块整定出所需的控制参数， 包括最大过冲 量、 最小启动PWM、 最小位移量与最小速度； 步骤A2： 根据调节阀误差信号与控制参数将控制过程划分为快速区、 微调区与缓冲区， 进行调节阀闭环控制； 若闭环调节阀时间大于最大闭环调节时间阈值， 则中断控制， 并故障 报警处理； 步骤A3： 在调节阀运行期间通过在线学习调节阀的动态响应指标， 若调节阀响应指标 不满足规定值， 则基于强化学习网络进行控制参数的动态优化， 实现调节阀的最优 控制。 2.如权利要求1所述的智能阀门定位器控制参数动态优化调整的方法， 其特 征在于： 步骤A1所述的参数自整定模块获取 所需的控制参数， 具体实现步骤如下： 步骤B1： 首先Bang ‑Bang控制驱动气动调节阀进行排气， 直到阀位移动到最低端位置， 记录当前位置为零位pos_zero， 当录前时刻记为t1； 然后Bang ‑Bang控制驱动气动调节阀进 行进气， 直到阀位移动到最高端， 记录当前位置为满位pos_full， 记录当前时刻为t2； 气动 调节阀实际行程POS_FSR＝|pos_ful l‑pos_zero|， 全程调节时间tFSR＝|t2‑t1|； 步骤B2： 控制气动调节阀进行排气， 使气动调节阀阀位移动 到零位pos_zero； 定义位移 阈值pos_thr＝0.2％POS_FSR； 定义进气阶段最小气动PWM为pwm_for， 初始值设置为5％； 定 义pwm增益步长为pwm_step， 设置默认值为pwm_step＝1％； 实时采集阀位反馈值pos_val, 并判断是否满足|po s_val‑pos_zero|>＝po s_thr， 若不满足， 则pw m_for+＝pw m_step,直至 |pos_val ‑pos_zero|>＝pos_thr， 记录当前PWM为进气阶段的最小启动PWM， 记为pwm_for； 延迟tdelay后， Bang‑Bang控制驱动气动调节阀进行进气， 直到调节阀到达满位pos_full， 同 理自整定获得排气阶段的最小启动PWM， 记为pwm_back； 其中tdelay为时间， 单位为秒， tdelay 取值范围为0 ‑10％tFSR； 步骤B3： Bang ‑Bang控制驱动阀位到达pos_zero， 延迟tdelay后， 以步骤B2自整定获取的 pwm_for为PWM控制信号 驱动阀杆移动， 每采样周期获取当前阀位pos_val,记前一时刻阀位 为pos_val_bef,定义 当前阀位速度po s_vel＝|po s_val‑pos_val_bef|， 前一时刻阀位速度 为pos_vel_bef； 则在PWM＝pwm_for控制信号下， 到达阀位最终位置的阀位反馈值记为pos_ val_for， 则调节阀进气阶段最小速度pos_vel_for_min＝Math.max(pos_vel,pos_vel_ bef)， 最小位移量upmin＝|pos_val_for ‑pos_zero|； 延迟tdelay后， 驱动阀位到达满位pos_ full， 同理自整定获得当PWM＝pwm_back 时， 排气阶段的最小速度pos_vel_back_min， 最小 位移量do wnmin； 其中tdelay为时间， 单位 为秒， tdelay取值范围为0 ‑10％tFSR； 步骤B4： 驱动阀位到达pos_zero， 延迟tdelay后Bang‑Bang控制驱动调节阀进气运动， 由 步骤B3中的定义得调节阀实时阀位速度为pos_vel， 实时采集调节阀的当前阀位pos_val， 当前阀位速度pos_v el； 定义调节阀进气最大速度为v el_up， 初始值设置为0， 最大速度对应 的位置pos_up_max， 如果po s_vel大于vel_up， 则vel_up＝po s_vel， po s_up_max ＝pos_val， 直到阀位到达满位pos_full； 延迟tdelay后， 驱动阀位到达满位pos_full， 同理自整 定获得排 气阶段最大速度vel_down,最大速度对应的位置pos_down_max； 其中tdelay为时间， 单位为 秒， tdelay取值范围为0 ‑10％tFSR； 步骤B5： 驱动阀位到达pos_zero， 延迟tdelay后， Bang‑Bang控制驱动调节阀进气运动， 实权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115163910 A 2时采集当前阀位pos_v al， 当阀位到达步骤B4获得的最大阀速位置pos_up_max时， 令PWM＝ 0， 直至调节阀停止移动， 并记录当前阀位pos_val， 则 进气阶段最大过冲 量δup＝|pos_val ‑ pos_up_max|； 延迟tdelay后， 驱动阀位到达满位pos_full， 同理 自整定获得排气阶段最大过 冲量 δdown； 其中tdelay为时间， 单位 为秒， tdelay取值范围为0 ‑10％tFSR。 3.如权利要求1所述的智能阀门定位器控制参数动态优化调整的方法， 其特征在于： 步 骤A2所述的闭环控制具体实现策略： 步骤C1： 用户给定目标阀位控制信号Ictr， 记录目标控制信号的当前给定时刻为tctr； 由 步骤B1可知零位pos_zero， 满位pos_full,定义目标阀位 其中 Ictr为电流， 单位 为mA， Ictr取值范围为 4‑20mA； 步骤C2： 实时采集当前阀位为pos_val， 目标阀位pos_tar， 阀位误差e＝pos_tar ‑pos_ val， 绝对误差e_abs＝|pos_tar ‑pos_val|； 根据阀位误差e将调节阀控制过程分为进气阶 段与排气阶段， e<0,则为排气阶段， e>0， 则为进气阶段； 根据绝对误差将控制过程分为快速 区、 微调区、 缓冲区， 各控制阶段的切换点为步骤A1自整定获得， 其中最大过冲量δup、 δdown为 快速区与微调区的切换点， 最小位移量upmin、 downmin为微调区与缓冲区的切换点， 定义调节 阀死区范围dead为 ‑0.02POS_FSR≤dead≤ 0.02POS_FSR； 步骤C3： 当调节阀绝对误差e_abs≤0.02POS_FSR， 则令PWM＝0， 保持调节阀阀位稳定在 目标位置； 步骤C4： 当e_abs＞δup， 则令 当e_abs＜ ‑δdown， 则令 其中pwm_for、 pwm_down为步骤B1自整定获得的最小启 动 pwm； 步骤C5： 当e_abs＜δup或e_abs＞‑δdown时， 则进入微调区； 当阀位速度小于步骤B3自整 定获得的最小速度时， 当e_abs＜ δup， 令PWM＝pwm_for+α pwm_temp， 其中pwm_temp＝0.5pwm_ for， 当e_abs＞ ‑δdown， 令PWM＝p wm_down+α p wm_temp， 其中 当阀位速度大于最小速度时， 令PWM＝0， 直到绝对误差进入缓冲区； 步骤C6： 当e_abs＜upmin或e_abs＞ ‑dowmmin， 则令PWM＝0， 使阀位利用自身惯性进入死 区， 从而到 达目标阀位； 步骤C7： 实时记录当前时刻 为tnow， 若tnow‑tctr＞3tFSR则中断闭环控制， 故障报警； 否则， 判断阀位绝对误差 e_abs是否到达死区， 若e_abs≤0.02POS_FSR， 则进入步骤C3， 若e_abs≥ 0.02POS_FSR， 则进入步骤C4～ C6； 其中tFSR由步骤B1获得的全程调节时间， 3tFSR为闭环调节 时间最大阈值。 4.如权利要求1所述的智能阀门定位器控制参数动态优化调整的方法， 其特征在于： 步 骤A3强化学习网络的控制参数动态优化具体实现： 压电式智能阀门定位器控制 气动调节阀运动， 获取气动调节阀响应指标： 阀位误差、 最 大超调量、 调节时间等， 将其作为强化学习网络的状态输入； 其中阀位误差e＝pos_tar ‑pos_val； 最大超调