气动阀门定位器广泛应用于化工、能源、油气、水处理、造纸等工业领域。国外阀门定位器已经从机械式和电子式过渡到智能型电气阀门定位器,智能阀门定位器包括喷嘴式、压电开关式、压电比例式三种,其中压电开关式阀门定位器具有耗电量低、耗气量低、抗干扰能力强、精度高等优点得到了广泛推广。而国内阀门定位器起步较晚,技术较为落后,故障率较高,调节精度和速度等方面与国外产品均有相当大的差距,导致市场占比较小,且主要集中在低端市场。影响国产阀门定位器性能的主要原因是由于控制算法的不成熟导致的。因此,为了提高国产阀门定位器的市场占比,将国产阀门定位器引入中高端市场,对阀门定位器控制算法的研究是非常必要的。本文在查阅和分析了大量文献的基础上,在压电开关式阀门定位器智能调控及分析方面开展如下几点工作:(1)详细分析了压电开关式智能阀门定位系统的工作原理,借助牛顿第二定律、质量守恒定律、能量守恒定律,对气动智能阀门定位系统进行了详细的机理建模分析,在此过程中建立了压电阀机理模型、气动调节阀执行部分机理模型、气动调节阀流量输出机理模型。(2)搭建了智能阀门定位系统实验平台,借助实验平台进行了大量的性能测试,为控制算法的设计提供指导。分析了气缸压力与气源压力的压差(简称压差)对压电阀进气速率的影响,得出PWM占空比的选择应当与阀位建立联系;分析了PWM占空比对阀位响应曲线的影响,得出PWM占空比与阀位运行速度成正比,与调节时间成反比。(3)在对传统五步开关控制算法分析的基础上,提出了一种改进的控制算法和一种全新的参数自整定方法。改进后的控制算法中所有的控制参数均通过自整定获得,提高了算法的通用性。参数自整定方法能够自动辨识出行程类型、端点位置、最大超调量、不同阀位最佳PWM占空比等参数,为改进后控制算法的控制参数选择提供依据。并借助实验台对控制算法进行了实现和验证,实验结果表明改进后的控制算法不仅大大缩短了阀位调节时间,而且在全行程范围内避免了超调现象的产生。(4)从阀门定位系统机械原理与定位器参数匹配等方面考虑,对调节阀在调节过程中振荡现象产生的原因进行了分析,并给出了应对策略。通过理论推导发现阀门定位系统是一个二阶时变系统,存在天然的振荡特性,进行了大量模拟实验,分析了摩擦力对系统性能的影响,对调节阀填料提供了指导。分析了过程控制系统PID控制器采样周期与定位器控制周期参数不匹配所产生的振荡问题。