一种控制型阀门的阀前压力控制方法与流程

1.本发明涉及一种阀前压力的控制方法，特别涉及一种控制型阀门的阀前压力控制方法。


背景技术：

2.在现代工业中，特别是石油、化工、制药等行业中，控制型阀门得到了广泛的应用。控制型阀门主要对流量、压力等参数进行调节。现阶段，仍然缺乏阀门开度与被控参数之间的准确物理关系。因而在工业应用中，普遍采用自动控制原理，对被控参数建立闭环控制回路，根据反馈信号进行调节，实现对被控参数的精确控制。由于在实现控制的过程中，需要根据反馈的量，对阀位进行反复调整，故导致系统运行状态稳定性欠佳。且当管路中介质出现波动时，阀位也会随之波动，因此设备磨损严重，易老化。所以寻找一种实时、准确的阀前压力控制方法显得尤为重要。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是：克服现有控制型阀门控制技术的不足，提供一种能够根据实时工况进行自动学习，并且准确控制阀前压力的方法。
4.本发明为解决该技术问题所采取的技术方案主要包括：
5.步骤(a)控制型阀门在使用过程中，分别通过传感器和流量计采集阀门的阀前压力p，以及阀门在不同阀前压力下的阀后流量值q，得到阀前压力和流量两组数据。
6.步骤(b)对阀前压力和流量两组数据进行数值拟合，得到拟合函数pv＝f(q)。
7.步骤(c)将需要达到的阀前压力p
vr
，代入pv＝f(q)，得到此时阀门的拟合流量q
vr
。
8.步骤(d)根据拟合流量值q
vr
，调整阀门定位器的输入信号i，控制流量达到q
vr
，进而控制阀前压力到达p
vr
。
9.在上述步骤中，必须保持电机的输入频率不变，即整个系统的输入能量保持不变；阀前的其他阀门开度保持不变，即阀前的等效阻抗保持不变；对该阀门在不同阀前压力下的流量进行标记，即在不同的阀前压力下，分别采集阀前压力和阀后出口的流量值；此过程中，尽可能多地采集此两组数据，保证所采集的组数不少于5组。
10.步骤(b)细化为如下子步骤：
11.(b-1)对初次采集的阀前压力p和阀后出口流量值q两组数据进行数值拟合，得到两者之间的函数关系：p
1v
＝f1(q)，并得到rmse1和r-square1，初始的拟合函数为pv＝f(q)＝p
1v
＝f1(q)，q是阀后的出口流量，p
1v
是第一次拟合得到的阀前压力值。
12.(b-2)阀门在使用过程中，传感器间隔a秒采集数据，同样对阀前压力、流量两组数据进行数值拟合，得到第二次拟合函数p
2v
＝f2(q)，并得到rmse2和r-square2；将p
2v
＝f2(q)和pv＝f(q)＝p
1v
＝f1(q)两者的精度进行对比，以rmse和r-square作为评价标准，rmse越小，r-square越接近于1，则精度越高，将两者中精度高的记为最新的拟合表达式，其中a是自然数。
13.(b-3)间隔2a秒之后，再次采集数据，并对阀前压力和流量两组数据进行数值拟合得到第三次拟合函数p
3v
＝f3(q)，并得到rmse3和r-square3；以此类推，得到第m次拟合函数p
mv
＝fm(q)，并得到相应的rmsem和r-squarem，其中m是自然数。
14.(b-4)每一次拟合之后，均将p
mv
＝fm(q)和上一次获得的最新拟合函数pv＝f(q)进行对比，将p
mv
＝fm(q)和pv＝f(q)两者中精度高的一项作为最新的拟合函数pv＝f(q)。
15.在上述步骤(b-2)和步骤(b-3)中，rmse和r-square为式(2)、式(6)。
16.本发明提出了一种控制型阀门阀前压力的控制方法，该方法在阀门使用过程中，能够对工况进行自动学习，从而实现对阀前压力的实时精确控制。
附图说明
17.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明，并不限定本发明的范围。其中：
18.图1是本发明的流程示意图。
19.图2是阀门的管线示意图。
20.图3是本发明所拟合出来的阀前压力和流量之间的关系曲线。
21.说明：图2中1和6是水池，3是阀前的压力传感器，5是阀后的流量计，4是被控的控制型阀门，2是水泵。
具体实施方式
22.下面结合实例进一步说明本发明的具体实施方式。
23.本发明所述的阀前压力的控制方法，其步骤流程图如图1所示。详细描述为以下步骤：
24.(1)如图2所示，保持电机的输入频率不变，阀前的其他阀门开度保持不变，在阀门使用前，对该阀门在不同阀前压力下的阀前压力和流量进行标记，即先通过流量计和压力传感器采集不同压力状态下的阀前压力和阀后流量值。在这个过程中，尽可能多地采集多组数据，保证所采集的组数不少于5组。阀前压力尽可能保持均匀分布，如30kpa、60kpa、90kpa、
…
，以保证之后拟合出的曲线具有更高的精度。
25.(2)采集得到阀前压力为p，如式(7)所示。阀后出口流量值为qv，如式(8)所示，其中n为自然数。
26.p＝(p1,p2,
…
,pn)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
27.qv＝(q1,q2,
…
,qn)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
28.(3)通过计算机程序(如python)对p、qv两组数据进行数值拟合，得到拟合函数p
1v
＝f1(q)。令xi＝qi，yi＝pi，其中i＝1，2，
…
，n。故每个样本点可以表示为(qi，pi)，误差可以表示为式(1)。rmse和r-square作为评价标准，如式(2)和式(6)所示，当rmse和r-square小于设定值时，则认为p
1v
＝f1(q)达到精度要求，可以近似表达曲线，将此p
1v
＝f1(q)记为初始拟合函数，即pv＝f(q)＝p
1v
＝f1(q)，并求出相应的rmse1和r-square1。
29.(4)在阀门的使用过程中，传感器每间隔a秒采集一次数据，重复步骤(2)、步骤(3)，得到拟合函数p
2v
＝f2(q)，并得出相应的rmse2和r-square2；将rmse1和r-square1、rmse2和r-square2进行比较，若p
2v
＝f2(q)精度高于pv＝f(q)，则将p
2v
＝f2(q)标记为新的拟合函数，即pv＝f(q)＝p
2v
＝f2(q)，反之则拟合函数保持不变。
30.间隔2a秒之后，重复步骤(2)、步骤(3)，得到p
3v
＝f3(q)，并得到相应的rmse3和r-square3；以此类推，得到p
mv
＝fm(q)，以及rmsem和r-squarem，m、a均为自然数。
31.(5)将阀前需要达到的实际压力p
vr
代入最新的拟合函数pv＝f(q)中，得出阀门的拟合实际流量q
vr
。控制阀门的实际流量达到要求q
vr
，实现对阀前压力的精确控制。
32.下面以一个具体实例来说明本发明所述方法的操作过程及获得的结果精度。
33.实施方式1
34.本发明给出了一种公称口径为dn25、公称压力为pn12的控制型阀门为例子，采用本发明提出的控制方法对阀前压力进行精确地控制；在此例子中，仅完成两次数值拟合，将需要达到的阀前压力p
vr
代入拟合函数，得出阀门所需要的拟合实际流量q
vr
。将拟合实际流量q
vr
与实际流量qr进行对比，证明该控制方法的准确性。
35.按照本发明的基本步骤，具体操作步骤如下：
36.(1)保持电机的输入频率不变，保持阀门前端所有其他阀门开度不变，通过阀前的压力传感器以及阀后的流量计分别采集阀门在不同阀前压力时的阀前压力值p和出口流量值qv，得到数据如表1的第一部分所示。
37.(2)通过计算机软件(如python)对p和qv两组数据进行数值拟合，得到初始拟合表达式p
1v
＝f1(q)。
38.(3)通过传感器继续采集数据，重复(1)中的步骤，得到数据如表1的第二部分所示。
39.(4)通过计算机软件(如python)对表1中所有数据进行数值拟合，得到拟合表达式p
2v
＝f2(q)。
40.(5)将p
1v
＝f1(q)与p
2v
＝f2(q)进行对比，p
2v
＝f2(q)的精度高于p
1v
＝f1(q)，故pv＝f(q)＝p
2v
＝f2(q)。
41.(6)采集阀门在试验台上的数据，得到阀门在其他阀前压力时的阀前压力值和出口流量值如表2所示。将表2中的阀前压力值p
vr
代入p
2v
＝f2(q)，得到拟合实际流量q
vr
，如表2所示。通过对表2中的数据进行对比，发现实际流量qr与拟合实际流量q
vr
之间的偏差非常小。故可知只需要调整阀门的开度，使得阀门出口流量值达到q
vr
，便可以实现对阀前压力的精确控制。因此本发明给出的阀前压力的控制方法具备相当高的精度。
42.表1初始标记数据
[0043][0044]
表2实际流量与拟合实际流量及其误差
[0045][0046]
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

技术特征：
1.一种控制型阀门的阀前压力控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)阀门在使用过程中，通过压力传感器和流量计分别采集阀门在不同阀前压力时的阀前压力p和管路中的流量q，得到阀前压力和流量两组数据；(b)对阀前压力和流量两组数据进行数值拟合，得到拟合函数p
v
＝f(q)；(c)将需要达到的阀前压力p
vr
代入p
v
＝f(q)，得到需要的流量值q
vr
；(d)根据需要的流量值q
vr
，调整阀门定位器的输入信号i，控制流量达到q
vr
，进而控制阀前压力到达p
vr
。2.根据权利要求1所述的阀前压力控制方法，其特征在于，在使用过程中，保持电机的输入频率不变，即保证整个系统输入的能量保持不变；阀前的其他阀门开度不变，即阀前的等效阻抗保持不变；调整阀门的开度，采集不同阀前压力时的阀前压力，以及此时对应的管路中的流量；此过程中，尽可能采集多组不同的流量和阀前压力，保证采集的数据不少于5组。3.根据权利要求1所述的阀前压力控制方法，其特征在于，步骤(a)包括，管道在初次使用时，在不同阀前压力下，对阀前压力和管道流量进行标记，即通过压力传感器采集不同的阀前压力，通过流量计采集对应的管道流量；在使用过程中，每间隔a秒，采集阀前压力和流量。4.根据权利要求1所述的阀前压力控制方法，其特征在于，步骤(b)包括如下子步骤：(b-1)对初次采集的阀前压力p、管道流量q，两组数据进行数值拟合，得到两者之间的函数关系：p
1v
＝f1(q)，并得到rmse1和r-square1，初始的拟合函数为p
v
＝f(q)＝p
1v
＝f1(q)，q是管道流量，p
1v
是第一次拟合得到的阀前压力；(b-2)阀门在使用过程中，传感器间隔a秒采集数据，同样对阀前压力和流量两组数据进行数值拟合，得到第二次拟合函数p
2v
＝f2(q)，并得到rmse2和r-square2；将p
2v
＝f2(q)和p
v
＝f(q)＝p
1v
＝f1(q)这两者的精度进行对比，以rmse和r-square作为评价标准，rmse越小，r-square越接近于1，则精度越高，将两者中精度高的记为最新的拟合函数；(b-3)间隔2a秒之后，再次采集数据，对阀前压力和流量两组数据进行数值拟合得到第三次拟合函数p
3v
＝f3(q)，并得到rmse3和r-square3；以此类推，得到第m次拟合函数p
mv
＝f
m
(q)，并得到相应的rmse
m
和r-square
m
，m是自然数；(b-4)每一次拟合之后，均将p
mv
＝f
m
(q)和上一次获得的最新拟合函数p
v
＝f(q)进行对比，将p
mv
＝f
m
(q)和p
v
＝f(q)两者中精度高的表达式作为最新的拟合函数p
v
＝f(q)。5.根据权利要求1所述的阀前压力控制方法，其特征在于，阀前压力和流量拟合得到的为二维曲线。6.根据权利要求1所述的阀前压力控制方法，其特征在于，该方法是一种开环的控制方法，不需要根据反馈回路的信号来进行调节，只需根据数学模型计算出相应的流量，通过控制流量对阀前压力进行精确地控制。7.根据权利要求4所述的阀前压力控制方法，其特征在于，步骤(b-2)、(b-3)中，以rmse、r-square和error作为评价指标，其中：e
i
＝|p
i-f(x
i
)|＝|p
i-f(q
i
)|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)

技术总结
本发明公开了一种阀门前端压力的控制方法，属于工业智能化技术领域。保持电机的输入频率不变，保持阀前其他阀门的开度不变，阀门使用前，对该阀门在不同阀前压力时的阀前压力p和流量值q进行标记。根据采集得到的两组数据，进行数值拟合，得到初始的拟合函数p


技术研发人员：杨哲人 杨扬 薛璇 胡昌国
受保护的技术使用者：杨明
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/8/14