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1、用于限制电-气动控制器中的驱动值的改变的方法和装置的制作方法专利名称：用于限制电-气动控制器中的驱动值的改变的方法和装置的制作方法技术领域：本公开大体上涉及控制器，更具体地，涉及用于限制电-气动控制器中的驱动值的改变的方法和装置。背景技术：电子控制设备(例如电-气动控制器、可编程控制器、模拟控制电路等)典型地用于控制过程控制设备(例如控制阀、泵、阻尼器等)。这些电子控制设备引起过程控制设备的特定的操作。出于安全、成本效率和可靠性的目的，许多公知的隔膜式或活塞式气动致动器用于驱动过程控制设备并且典型地经由电-气动控制器耦接到全局过程控制系统。 电-气动控制器通常被配置为接收一个或多个控制信号，并
2、且将这些控制信号转换为提供给气动致动器的压强，以引起耦接到所述气动致动器的过程控制设备的期望的操作。例如， 如果过程控制例程需要气动致动的阀使得较大体积的过程流体通过，则施加在与阀相关联的电-气动控制器的控制信号的幅度可能会增加(例如，在电-气动控制器被配置为接收 4-20毫安(mA)控制信号的情况下，从10毫安到15毫安)。电-气动控制器典型地使用感测或检测气动致动的控制设备的操作响应的反馈感测系统或元件(例如位置传感器)生成的反馈信号。例如，在气动致动的阀的例子中，反馈信号可以与位置传感器测量或确定的阀的位置对应。电-气动控制器将反馈信号与期望的设置点或控制信号进行比较，并且利用位置控制过
3、程基于反馈信号和控制信号(例如两者之间的差)生成驱动值。该驱动值与待提供给气动致动器以实现耦接到气动致动器的控制设备的期望的操作(例如阀的期望的位置)的压强对应。发明内容描述了用于限制电-气动控制器中的驱动值的改变的示例性方法和装置。示例性方法包括接收控制信号和反馈信号；由所述控制信号和所述反馈信号计算驱动值； 确定所述驱动值与先前驱动值之间的差是否大于所述电-气动控制器的摆动限制(slew limit)。示例性方法还包括基于所述摆动限制改变所述计算的驱动值。公开的示例性装置包括驱动电流摆动限制器，用于接收驱动值和先前驱动值，确定所述驱动值与所述先前驱动值之间的差是否大于所述电-气动控制器的摆
4、动限制，并且基于所述摆动限制改变所述计算的驱动值。示例性装置还可以包括伺服控制处理器，用于接收控制信号和反馈信号，由所述控制信号和所述反馈信号计算所述驱动值并且将所述驱动值转发到所述驱动电流摆动限制器，以及将所述改变的驱动值发送到所述电-气动控制器的变换器。图1示出了包括示例性阀控制器和阀的示例性控制阀组件的示意图；图2示出了图1的控制单元和示例性I/P驱动电流摆动限制器的方框图3A示出了用于没有图1和图2的示例性I/P驱动电流摆动限制器的、图1的阀控制器的计算的I/P驱动电流和实际I/P驱动电流的驱动电流图；图;3B示出了用于包括图1和图2的示例性I/P驱动电流摆动限制器的、图1的阀控制器的
5、计算的I/P驱动电流和实际I/P驱动电流的驱动电流图；图4A和图4B示出了基于平均I/P驱动电流的摆动限制的摆动限制图；图5、图6和图7示出了可以用于实现图1和图2的示例性I/P驱动电流摆动限制器、示例性伺服控制处理器、示例性电路板和/或数字阀控制器的示例性方法的流程图；图8示出了可以用于实现在此描述的示例性方法和装置的示例性处理器系统的方框图。具体实施例方式尽管下面的内容描述包括除其他组件之外的在硬件上执行的软件和/或固件的示例性方法和设备，但应当注意，这些系统仅仅是示例性的，不应视为限制性的。例如，可以考虑的是，任何或所有这些硬件、软件和固件组件可以完全地实施为硬件、完全地实施为软件，或实
6、施为硬件和软件的任何组合。因此，以下描述示例性方法和装置时，提供的示例并不是用于实现这些方法和装置的唯一方式。电-气动控制器内的线圈绕组(例如螺线管绕组)的高电感能够不利地影响位置控制过程的性能。具体地，这种高电感可能限制由于驱动绕组的电源的特性而能够增加电-气动控制器螺线管或绕组中的电流的速率。然而，当电流通过螺线管或绕组被减少时， 可以被用于设置螺线管或绕组的钳位电压的齐纳二极管可能限制减少的速率，而不是允许电流控制电路的其他特性来限制减少。电压被典型地钳位在大于电源电压的电平，这使得电流能够以比增加该电流的速率更快的速率减少。作为以其可以在绕组或螺线管中增加和减少电流的速率之间的差的结果
7、，电-气动控制器展现在一些情况下使得平均螺线管电流相对于位置控制过程提供的命令的螺线管电流或驱动值改变或偏离(例如变得偏移)的不对称控制响应。换句话说，电-气动控制器中的绕组或螺线管的高电感导致用于电-气动控制器的全局摆动限制，其由能够增加绕组或螺线管中的电流的速率限定。相对于与减少绕组或螺线管电流相关联的摆动速率， 与提高绕组或螺线管电流相关联的较低的摆动限制导致对电-气动控制器的不对称控制响应。电-气动控制器的该不对称控制响应可能在一些情况下最终导致耦接到电-气动控制器的气动致动器的位置控制精度的下降。此外，反馈信号和/或控制信号内的噪声能够不利地影响位置控制过程。例如，当出现使得驱动值计
8、算超过100%但不落入0%之下的噪声，或当驱动值以不对称量超过这两个限时，实际平均驱动值输出与平均计算的驱动值不同。这种差异导致位置控制过程的有效输出的偏移，导致在气动致动器和控制设备处的位置控制误差。在此描述的示例性方法和装置可以用于校正由于电-气动控制器的螺线管或绕组中的高电感和/或由于反馈信号和/或控制信号内的噪声的诸如阀控制器的电-气动控制器的不对称控制响应。更一般地，在此描述的示例性方法和装置可以用于校正由于例如电-气动控制器操作限制(例如驱动感性负载的困难)、阀操作限制、高频率系统噪声、环境噪声和/或控制延时的电-气动控制器的不对称控制响应。电-气动控制器典型地包括将电流提供给诸如
9、电流到气动(I/P)转换器的电-气动转换器的控制单元。控制单元基于控制信号和反馈信号计算驱动信号。控制信号与用于控制设备(例如阀)的特定的设置点相对应，反馈信号与控制设备的位置和/或压强对应。 控制信号与反馈信号之间的差或误差信号与驱动值(例如电压)相对应，该驱动值用于使得I/P转换器移动耦接到控制设备的致动器以实现特定的设置点。更具体地，控制单元使用驱动值生成和/或控制通过I/P转换器中的螺线管或绕组的电流，其基于电流的幅度生成气动压强。该气动压强然后可以被放大，并且用于驱动控制设备(例如阀)。I/P转换器起到用于经由螺线管(例如高阻抗绕组或电感器)将电流转换为气动压强的变换器的作用。螺线管
10、磁力地控制相对于喷嘴操作的挡板，以通过喷嘴/挡板改变流动限制，以提供基于通过螺线管的平均电流变化的气动压强。螺线管的高感性阻抗和施加在螺线管的电源的特性限制了能够增加通过I/P转换器内的螺线管的电流的速率(即限定摆动速率)。然而，如上所述，由于与电源相对的螺线管的一侧上的较高钳位电压，高阻抗没有相似地限制减少电流的速率。能够增加或减少电流的速率的差异产生了不对称的控制限制，从而如果控制单元计算电流增加，则I/P转换器的高电感限制限制速率(即限定摆动限制)，如果该速率在电-气动转换器的位置控制过程中没有被考虑，则导致位置控制过程期望的螺线管中的计算的电流与螺线管中的实际电流之间的不一致。这种不一
11、致或差异导致例如耦接到诸如阀的控制设备的气动制动器的位置控制中的降低的精度。在此描述的示例性方法和装置可以用于通过限制其中驱动值改变与电-气动控制器的螺线管中的电流改变相对应的电-气动控制器的控制单元中的驱动值的改变来校正电-气动控制器的上述不对称控制响应。更具体地说，在此描述的示例性方法和装置可以通过以下方式实现接收控制信号和反馈信号；从所述控制信号和所述反馈信号计算驱动值；确定所述驱动值与所述先前驱动值之间的差是否大于所述电-气动控制器的摆动限制。示例性方法和装置然后可以基于所述摆动限制改变所述计算的驱动值。所述摆动限制可以是基于所述电-气动控制器、所述电-气动控制器的I/P转换器和/或耦
12、接到所述气动致动器的控制设备的特性和/或限制的预定值。所述摆动限制可以是单个值，或替代地，可以是计算的驱动值的函数。此外，摆动限制可以是电-气动控制器内和/或反馈信号和/或控制信号内的噪声(例如计算的噪声)的函数。公开的方法和装置大体上涉及限制电-气动控制器中的驱动值的改变。在结合包括气动致动的阀的示例描述公开的方法和装置的同时，公开的方法和装置可以通过以其他方式致动的阀和/或以除了阀之外的过程控制设备实现。图1示出了包括阀控制器102(例如电-气动控制器)和阀104(例如过程控制设备)的控制阀组件100的示意图。阀104和阀控制器102可以在示例性控制阀组件100内物理地或通信地耦接在一起。
13、替代地，阀104和阀控制器102可以是物理地和/或气动地耦接在一起的分离构件。在其他示例中，阀控制器102可以耦接到一个或多个其他阀，和/ 或阀104可以耦接到一个或多个另外的阀控制器102。示例性控制阀组件100包括耦接到阀控制器102的连接器106。阀控制器102经由连接器106接收功率和控制信号。连接器106可以经由通信路径107接收功率和/或控制信号。可以从外部电源、控制系统、太阳能、电池电源等提供功率。此外，控制信号(例如输入信号)可以包括例如4-20mA信号、0-10VDC信号、和/或数字命令等。阀控制器102可以被配置为从其可以通信地耦接到的外部源(例如位于控制室中的主机系统)接
14、收一个或多个控制信号。控制信号给定或对应于示例性阀104的阀状态。例如，控制信号可以使得耦接到阀104的气动致动器105被打开、关闭或在某个中间位置处。功率和/或控制信号可以共享通信路径107内的单个导线，或，替代地，可以经由通信路径107内的多个导线在连接器106处接收功率和/或控制信号。例如，在控制信号是 4-20mA信号的情况下，数字数据通信协议诸如例如可寻址远程传感器高速通道(Highway Addressable Remote Transducer，HART)协议可以用于与阀控制器102通信。全局过程控制系统可以使用这些数字通信以从阀控制器102获取识别信息、操作状态信息和诊断信息。
15、例如，使用HART通信协议和双导线配置，数字数据形式的控制信号与用于单双绞线上的阀控制器102的功率组合。用于阀控制器102的功率以及叠加在4-20mA模拟控制信号上的数字数据可以从主机系统(例如比如控制室的主机系统)被发送，并且被过滤以分离功率与控制信号。替代地或另外，数字通信可以用于控制或命令阀控制器102执行一个或多个控制功能。在其他示例中，控制信号可以是0-10VDC信号。此外，通信路径107可以包括用于供电阀控制器102的分离的功率导线或线路(例如MVDC或M伏特交变电流(VAC)。在其他示例中，功率和/或控制信号可以与数字数据信号共享导线或线路。例如，可以通过使用数字Fieldbu
16、s通信协议的示例性控制器装置100实现双导线配置，其中，数字数据与双导线配置上的功率组合。此外，连接器106可以被一个或多个无线通信链路替换或补充。例如，阀控制器 102可以包括用于使得阀控制器102能够与全局过程控制系统交换控制信息(设置点、操作状态信息等)的一个或多个无线收发器单元。在阀控制器102使用一个或多个无线收发器的情况下，可以经由例如用于本地或远程电源的导线将功率提供给阀控制器102。示例性阀104包括限定在入口与出口之间提供流体流动通道的孔腔的阀座。阀 104可以是例如旋转阀、四分之一转阀、电机操作的阀、阻尼器、或任何另外控制设备或装置。耦接到阀104的气动致动器105经由阀杆可操作地耦接到流动控制构件，该阀杆在用于允许入口与出口之间的流体流动的第一方向(例如远离阀座)上以及在用于限制或防止入口与出口之间流体流动的第二方向(例如朝向阀座)上移动流动控制构件。耦接到示例性阀104的致动器105可以包括双作用活塞致动器、单作用弹簧复位膜或活塞致动器、或任何另外合适的致动器或过程控制设备。为了控制通过阀104的流动速率，阀包括反馈感
