基于模糊控制的阀门定位器设计

 

　　阀门定位器是一种与改变流体流量的调节阀配套使用的辅助仪表。目前，国内广泛使用的定位器是采用模拟信号和力平衡原理生产的，随着生产过程控制的不断发展，及对控制性能的要求越来越高，传统的定位器已难以满足工业控制的需要。为此智能型阀门定位器应运而生。它采用微处理器技术和功能模块，具有自校准自适应自诊断功能和免维护运行等特点。

　　1 系统硬件设计

　　本设计中运用先进的微控制器芯片及外围扩展器件，设计具有良好性能的智能阀门定位器，对阀门的工作进行定位、监控，实现阀门的执行机构的数字化、智能化的产品要求。最终研制的产品要做到体积小、精度高、功能齐全、操作方便。本文设计的定位器的原理结构框图如图1所示。

　　

 

　　1.1 微控制器及其外围电路设计

　　1.2 电源电路

　　1.3 信号调理及ADC电路

　　图2为4～20mA电流信号调理电路。4～20mA信号流过120欧姆的精密采样电阻，转换成电压信号。再通过仪用放大器LT1920，输出给ADC芯片MCP3204。二极管D1可以防止电流反接。D7是一个TVS管，起着过压保护的作用。扼流圈用于抑制共模干扰。R12，R21，C10，C11，C12构成一个低通滤波网络，用于滤除高频干扰。可以看出，电路中既有共模滤波(R12/C10，R21/C12)，又有差模滤波(R12+R21，C11)。滤波器的总带宽至少应为输入信号带宽的100倍。元件应对称安装在具有大面积接地面的印制电路板上，并且位置十分靠近仪用放大器的输入端，以使滤波器达到最佳性能。共模滤波的时间常数可以按如下计算：TCM=R12*C10=R21*C12。差模滤波的时间常数可以按如下公式计算：TDIFF=(R12+R21)*C11。

　　

 

　　LT1920是LINEAR公司的一款高精度仪用放大器。仪用放大器是一种具有差分输入和其输出相对于参考端为单端输出的闭环增益单元。输入阻抗呈现为对称阻抗且具有较大的数值。与由接在反相输入端和输出端之间的外部电阻决定的闭环增益运算放大器不同，仪用放大器使用一个其信号和输入端隔离的内部反馈电阻网络。其增益可由外部电阻设定，典型值为1～10000。LT1920是一款低功耗、高精度的仪用放大器。

　　阀门的实际开度反馈信号来自于传感器接口电路。传感器采用的是高性能的导电塑料精密电位器，是具有较高分辨能力的、高可靠性的经济类型产品。传感器输入5V参考电压，输出反馈电压信号。传感器相当于一个电位器，通过电阻进行分压，所以反馈电压信号和阀门开度是线性的对应关系。

　　图3为ADC电路，其中AD转换芯片采用Microchip公司的12位精密ADC芯片MCP3204。MCP3204通过SSC串口和XC164CM通信。MCP3204共有4个模拟量转换通道，分别用来转换阀位反馈值、电压设定值、电流设定值等模拟量。