基于FPGA的智能阀门定位器的开发与研究

调节阀是工业领域中常用的管道流量调节阀门,阀门实际开度与设定开度的偏差会影响到下游管道及设备的正常运行,调节阀控制精度的高低和响应速度的快慢由阀门定位器控制系统决定。定位器对调节阀的控制作用非常重要,研究其关键技术可以提高调节阀的控制精度,降低失误率,因此有必要对阀门定位器控制系统进行研究，可参考西门子阀门定位器相关信息了解阀门知识，理解FAGA对其的作用。

基于FPGA的,具有HART协议通信功能的智能阀门定位器的开发与研究过程,采用AD421和HT2015搭建独立的HART通信模块,来实现与控制中心上位机的通信,并接收或返回数据帧;硬件系统采用双反馈的设计,阀位传感器和管道压力传感器同时反馈实时数据,保证阀门当前数据的准确性;系统控制算法方面,在研究智能控制策略和PID算法的基础上,设计了定位器控制系统模糊PID控制器,并在Matlab的Simulink工具箱中仿真出未应用PID控制器、应用PID控制器及应用模糊PID控制器等情况下的系统单位阶跃响应曲线,对比后得出模糊PID算法能够很好地改善阀门定位器控制系统性能的结论;

软件程序设计方面采用FPGA程序开发环境QuartusⅡ和仿真环境Mo d e l s i m进行定位器系统软件程序的设计和功能仿真。相比于市场上的阀门定位器,本系统在控制精度、响应速度和抗干扰能力上均有较大提高,双反馈电路的设计能够很好地保证反馈数据的精确性,HART通信电路保证从设备与上位机有良好的通信功能,便于工业领域的控制组网;良好的人机交互平台,使操作者能够直观地监测当前相关阀门数据。总之,本次阀门定位器控制系统的设计符合控制要求,设备性价比高,能够满足在不同应用场合中的阀门定位控制要求。

基于FPGA的智能阀门定位器的开发与研究