一种基于鲁棒控制的高精度比例阀控制方法及系统与流程

本发明涉及比例阀控制，具体而言，涉及一种基于鲁棒控制的高精度比例阀控制方法及系统。

背景技术：

1、比例阀是一种常用于流体控制系统中的控制元件，主要用于调节流体介质在管路中的流量、压力或温度；比例阀在工业自动化控制系统中扮演着重要的角色，其控制的准确性和稳定性对系统的运行效果和生产效率具有重要影响；

2、当前的比例阀门通常是采用人工输入想要的阀门开度以控制比例阀门，但是在实际过程中，比例阀门受到外部环境因素的影响较大，不同的环境状态下，比例阀门的实际开度与期望开度之间存在的偏差不同，使得比例阀门控制的鲁棒性差、控制精度下降，从而造成比例阀难以保持稳定的控制效果。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种基于鲁棒控制的高精度比例阀控制方法及方法，以克服上述背景技术提到的问题。

2、为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于鲁棒控制的高精度比例阀控制方法，该方法包括以下步骤：

3、s1：通过与各类型传感器进行通信连接以获取环境信息，其中环境信息包括环境温度、流体流量、流体黏度和振动幅值；

4、s2：基于环境信息对比例阀门所受到的环境干扰进行准确量化以得到调控需求指数，当调控需求指数大于或等于设定的需求阈值时，则将环境信息整合为调控指令，并执行step3；

5、s3：当接收到调控指令时，则对其进行指令解析得到环境信息；依据环境信息进行补偿分析以得到调控参数，并据此对比例阀门进行动态校正；具体为：

6、调取各采集时刻对应的环境温度ti、流体流量li、流体黏度ρi、参考温度ht和参考流量hl，并将其通过设定的补偿模型进行计算得到各采集时刻的补偿值cdi，其中补偿模型为：；

7、补偿模型中的d1、d2分别为设定的权重因子，其取值由本领域技术人员依据自身经验自行设定，具体的d1取值为5.33，d2取值为1.23；γ为设定的流量开度补偿转换系数，具体的γ取值为0.56；λ为设定的温度开度补偿转换系数，具体的λ取值为0.23；δ为设定的黏度开度补偿转换系数，具体的δ取值为0.21；i=1,2,3……i，i取值为正整数，i表示的是采集时刻的总数，i表示的是其中任意一个采集时刻的序号；

8、将各采集时刻对应的补偿值由大至小的顺序进行排列，去掉其中一个最大的补偿值和最小的补偿值，并于剩余的补偿值中选取众数和中数；将中数和众数进行均值计算得到补偿参数，并将补偿参数与输入开度进行求和计算得到调控参数，依据调控参数对比例阀门的开度进行调控；

9、s4：每进行一次调控操作后，维持比例阀门处于调控参数状态固定时长后，则重复上述s2-s3，直至调控需求指数小于设定的需求阈值时，则保持当前阀门的调控参数即可。

10、进一步的，基于环境信息对比例阀门所受到的环境干扰进行准确量化的具体过程为：

11、301：调取各采集时刻对应的环境信息，其中环境信息包括环境温度ti、流体流量li、流体黏度ρi和振动幅值zi；

12、302：设定存在一个标准参数，其中标准参数包括标准温度区间和标准流体流量区间，将各采集时刻对应的环境温度和流体流量分别与标准温度区间和标准流体流量区间进行比对以得到各采集时刻对应的参考温度和参考流量，并将其分别记为ht和hl；通过设定的公式一进行计算得到各采集时刻的干扰值rai，其中公式一为：；

13、公式一中的a1、a2、a3、a4分别为设定的权重因子，其取值为本领域技术人员依据自身经验自行设定，a1取值为1.56，a2取值为1.67，a3取值为1.42，a4取值为1.98；

14、303：以时间为横坐标，以干扰值为纵坐标构建二维直角坐标轴绘制干扰值变化曲线图，并对其进行图形变化趋势解析得到调控需求指数。

15、进一步的，对干扰值变化曲线图进行图形变化趋势解析的具体过程为：

16、401：于干扰点作曲线的切线，并利用数据拟合得到切线表达式，对切线表达式进行求导计算得到各干扰点对应的干扰导数记为gi；将大于零的干扰导数进行求和计算得到干扰增加度记为y1，并将小于零的干扰导数进行求和并取绝对值计算得到干扰降低度记为y2；统计等于零的干扰导数的数量记为y3；

17、402：将大于零的干扰导数记为干扰增加导数，并对其进行比较分析以得到增加趋势系数记为bα；

18、403：将小于零的干扰导数取绝对值后得到的数值记为干扰减少导数，并对其进行比较分析以得到记为低趋势系数bβ；

19、404：将干扰导数记为gi、干扰增加度记为y1、干扰降低度记为y2、增加趋势系数bα、降低趋势系数bβ和干扰值rai通过设定的公式四进行计算得到调控需求评估指数gy，其中公式四为：；

20、公式四中的a5、a6、a7分别为设定的权重因子，其取值由本领域技术人员依据自身经验自行设定，具体的a5取值为3.22，a6取值为1.72，a7取值为2.61；为各干扰点的干扰导数均值。

21、进一步的，对各干扰增加导数进行比较分析的具体过程为：

22、将干扰增加导数与设定的增加区间进行比较分析以将干扰增加导数分为干扰高度增加、干扰中度增加和干扰低度增加，分别统计干扰高度增加、干扰中度增加和干扰低度增加的累计次数，并将其分别记为b1、b2、b3；利用设定的公式二进行计算得到增加趋势系数bα，其中公式二为：；

23、公式二中的b1、b2、b3分别为设定的权重因子，且b1＞b2＞b3＞0，其取值由本领域技术人员依据自身经验自行设定，具体的b1取值为4.18，b2取值为2.43，b3取值为1.35。

24、进一步的，对各干扰减少导数进行比较分析的具体过程为：

25、将干扰减少导数与设定的降低区间进行比较分析以将干扰减少导数分为干扰高度降低、干扰中度降低和干扰低度降低，分别统计干扰高度降低、干扰中度降低和干扰低度降低的累计次数，并将其分别记为b4、b5、b6；利用设定的公式三进行计算得到降低趋势系数bβ，其中公式三为：；

26、公式三中的b4、b5、b6分别为设定的权重因子，且b4＞b5＞b6＞0，其取值由本领域技术人员依据自身经验自行设定，具体的b4取值为3.55，b5取值为2,11，b6取值为1.32。

27、为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种基于鲁棒控制的高精度比例阀控制系统，该系统包括：实时感知模块、需求监测模块和动态调控模块；

28、实时感知模块通过与各类型传感器进行通信连接以获取环境信息，其中环境信息包括环境温度、流体流量、流体黏度和振动幅值，并将其分别记为ti、li、ρi和zi；其中i=1,2,3……i，i取值为正整数，i表示的是采集时刻的总数，i表示的是其中任意一个采集时刻的序号；

29、需求监测模块基于环境信息对比例阀门所受到的环境干扰进行准确量化以得到调控需求指数，当调控需求指数大于或等于设定的需求阈值时，则将环境信息整合为调控指令，并发送至动态调控模块；

30、动态调控模块依据接收到调控指令进行指令解析得到环境信息依据环境信息进行补偿分析以得到各采集时刻对应的补偿值，并将其由大至小的顺序进行排列，去掉其中一个最大的补偿值和最小的补偿值，并于剩余的补偿值中选取众数和中数；将中数和众数进行均值计算得到补偿参数，并将补偿参数与输入开度进行求和计算得到调控参数，依据调控参数对比例阀门的开度进行调控；

31、每进行一次调控操作后，维持比例阀门处于调控参数状态固定时长后，则重复需求监测模块和动态调控模块，直至调控需求指数小于设定的需求阈值时，则保持当前阀门的调控参数即可。

32、本发明的有益效果：

33、本发明通过对环境信息进行监测和分析以准确衡量比例阀门所处环境对其产生的干扰程度，能够更加细致的反映出环境因素对比例阀门控制效果的影响；基于干扰值的变化趋势和导数分析，能够动态地判断当前环境是否对比例阀产生了较大的干扰，为实现更及时、更精准的调控决策提供了准确的依据，使得其能够在不同环境条件作出即时响应；

34、本发明通过对环境进行降补偿分析得到调控参数，能够动态校正输入开度；依据调控参数控制比例阀门以增强比例阀门的鲁棒性，使比例阀门在不同环境条件下都能输出接近期望开度的控制信号，以保持系统稳定和可靠的工作状态，实现对比例阀门的智能化控制；

35、本发明通过在调控操作后维持比例阀门处于一段固定时长的调控参数状态，能够确保系统在一定时间内趋于稳定，减少频繁调节带来的波动，提高系统的稳定性；此外，重复调控直至调控需求指数小于设定的需求阈值为止，能够使其根据实际需求自动进行调控，并且在达到设定的需求阈值之后停止调控，从而实现了一定程度的自动化管理，提高了系统的智能化水平；

36、综上所述，本发明实现了自动化监测、分析、评估和调控，降低了人工干预的需求，提高了系统的智能化水平；自动生成调控指令并执行后续调控步骤，使得整个系统更加高效和自适应，提升了整体运维的管理水平。