閥門定位器是控制閥的主要附件，它將閥桿位移信號作為輸入的反饋測量信號,以控制器輸出信號作為設定信號，進行比較，當兩者有偏差時，改變其到執行機構的輸出信號，使執行機構動作，建立了閥桿位移量與控制器輸出信號之間的一一對應關系。因此，閥門定位器組成以閥桿位移為測量信號，以控制器輸出為設定信號的反饋控制系統。該控制系統的操縱變量是閥門定位器去執行機構的輸出信號。

 

　　氣動控制系統在工業自動化生產中已經得到了廣泛應用。閥門定位器是工業生產自動化過程控制儀器儀表的重要組成部分。相比較于比例/伺服閥控系統，開關閥控系統具有價格便宜、抗污染能力強和維護方便等優點。由于氣體壓縮性、剛度低和系統摩擦力非線性等原因，氣動控制系統很難獲得較穩定的響應過程和精確的定位。為實現開關閥控氣動定位系統較好的位置控制，使其滿足一定的定位指標要求，閥門定位器的控制進行了相關研究，分析了系統相關特性并探究了該控制系統的工作原理方式和控制策略。

 

　　具體研究內容如下：首先本文采用二位二通開關閥搭建了開關閥控雙作用氣動閥門定位器的結構原理圖，并對其進行了相關的機理建模分析，包括氣缸兩腔的流量連續性方程、能量方程和運動學方程，分析了氣動系統易產生“爬行”現象的原因，最后重點分析了開關閥的閥口流量方程、閥芯的運動學方程和運動特性。分析了PWM控制開關閥的工作原理，在此基礎上，利用AMESim軟件搭建了氣動系統模型，探究了PWM開關閥控氣動系統靜態特性和穩態響應特性，并對所得到的靜特性曲線進行了相關分析。

 

　　利用AMESim軟件搭建模型探究了開關閥控系統在雙端單向驅動信號、雙端同相和逆相驅動信號三種不同導通方式下，系統的穩態輸出壓力和壓力波動特性曲線。根據前文PWM開關閥控氣動系統特性研究，分別探究了氣動控制系統在上述三種不同導通方式下的控制特性，分析得到同相驅動方式對緩解爬行現象和紋波問題具有明顯的優勢，然后探究了系統參數對同相驅動方式的性能影響，如初始壓力、管路長度、外負載等，并尋求系統的最佳可控參數。最后采用了同相PWM驅動+PD復合控制方式對系統進行位置控制。仿真結果表明系統定位時間小于5s，穩態誤差不大于0.5%，并且具有較好的穩態特性。

 

　　搭建了開關閥控氣動閥門定位器試驗臺，采用MATLAB/xPCTarget工具箱進行實時控制和數據采集，采用ATMEGA64單片機作為系統控制器，并使用C語言進行編程，然后對上述仿真結果進行了試驗驗證。試驗表明，試驗結果與系統仿真的結果具有較好的吻合性，且滿足實際要求的性能指標。