电动阀门是流程工业中负责流量调节的重要设备,其定位精度直接影响流量控制的准确性。按精度等级可分为两类,一类是普通电动阀门,以ZJKV型电动阀为例,其操作步数为100步,广泛用于流量单回路调节过程;另一类是高精度电动阀门,以NelesACE型定量阀为例,其操作步数为20000步,由于引进成本高昂仅用于少数专用场合。而在制药、造纸、化工等需要两种或两种以上物料实现精确配比的场合,要求操作步数为500～800步之间或者更高。目前,ZJKV不能满足精度要求,NelesACE的成本过高,市场上尚无符合要求的中间产品。为此,本文针对ZJKV由于定位精度不足难以满足应用需求的问题,围绕其执行器部分开展了结构改进与定位控制策略研究,并将开发的执行器安装于原有阀体构成了阀门样机,以期将普通电动阀门的定位精度提升至800步以上。论文的主要研究内容下:(1)新型电动阀门执行器的方案设计与开发探究普通电动阀门的定位特性,得出限制其精度的因素有异步电机的机械特性、阀门的开环控制特性和传动系统的机械间隙。确定了直流无刷电机作为驱动源的解决方案,在速度模式下基于LY-F2设计了闭环监控系统,完成了新型电动阀门执行器的开发,并将其安装于原有阀体构成了阀门样机。(2)精密定位控制算法的研究与设计在研究了梯形速度曲线、七段S形速度曲线所包含状态特征的基础上,确定采用改进的五段S形速度曲线来描述阀芯的运动规律,并在不同的执行时间下求解了驱动控制参数及速度曲线的函数关系。发现当执行时间为100 s时,五段S形速度曲线能够将最短操作步长由0.9°缩短至0.069°,实现了13倍的转角细分,并详述了定位控制算法的程序设计流程。(3)补偿控制策略的研究与功能实现分析了机械间隙产生的诱因,并指出在可修正磨损状态下具有实施补偿控制的必要性。利用误差标定实验平台进行数据测试,得到回程误差可以用阀杆侧编码器的124个计数值来表征,且延长1.5 s的动作时间能够消除回程误差。建立了补偿控制的数学模型,并以阀门样机为例,说明了补偿控制的程序设计流程和功能实现过程。(4)阀门样机的精度测试与应用探究了阀门样机和ZJKV的转角时间特性,发现阀门样机的有效动作时间由2 s缩短为0.2 s,达到10倍细分。进行力矩模拟实验,发现阀门样机具有自复位功能,可抵抗外界力矩冲击。通过流量调节实验,发现阀门样机能够避免由于机械间隙引起的流量偏差,验证了补偿控制功能的应用效果。将阀门样机试用于中高速卫生纸机流送工段的一次调浓过程,在600 s内减少了 58个波峰、49个波谷,浓度值的稳态误差由6.32%降低至2.89%,说明定位控制算法与补偿控制技术的应用,使得电动阀门表现出更加稳定的纸浆调浓效果。本文在ZJKV的基础上对其执行器的结构组成与控制方法实施改进,重点研究了精密定位控制算法与补偿控制策略,构建了一款阀门样机。测试结果表明,阀门样机的操作步数达到了 1000步,其外观与原来完全兼容。作为普通电动阀门与高精度电动阀门的中间品,阀门样机具有一定的替代性与市场推广价值,有望为电动阀门的产业化升级提供理论支撑与技术参考。