摘 要： 將控制理論應(yīng)用于工業(yè)閥門控制系統(tǒng)（IVCS）的測試中，提出了IVCS較為完善的測試方法。介紹了多功能工業(yè)閥門控制系統(tǒng)測試儀（MFTS）的測試原理，給出了MFTS的功能需求及以MSP430單片機為核心的實現(xiàn)方案。
關(guān)鍵詞： 測試儀 閥門 MSP430
工業(yè)閥門控制廣泛地應(yīng)用于冶金、制藥、石油等工業(yè)領(lǐng)域，隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，采用智能閥門控制系統(tǒng)是一種趨勢，手動調(diào)節(jié)已不能適應(yīng)當(dāng)今的控制要求。由于智能閥門控制系統(tǒng)工作時，不再有人的干預(yù)或者人的干預(yù)變得很少，故需要一個完備的高效的測試系統(tǒng)來測試智能閥門控制系統(tǒng)的控制性能，保證智能閥門控制系統(tǒng)工作的可靠性。目前在市場上應(yīng)用的工業(yè)閥門控制系統(tǒng)（IVCS）的測試儀相對比較簡易，而且需要有人直接參與測試，功能極不完善。因此，針對智能閥門及其他相關(guān)或類似的（位置、位移）控制系統(tǒng)，迫切需要研究開發(fā)一個較為完備的多功能的工業(yè)閥門控制系統(tǒng)的測試儀（MFTS），以給生產(chǎn)和維護工業(yè)閥門等智能控制系統(tǒng)帶來便利，保證控制系統(tǒng)工作的可靠性。為此，提出了如圖1所示的IVCS的測試系統(tǒng)的構(gòu)架。
如圖1所示，在IVCS測試系統(tǒng)的構(gòu)架中，測試系統(tǒng)有一個上位機負責(zé)管理MFTS，上位機與MFTS間通過RS-485實現(xiàn)主從通信，能同時實現(xiàn)對多達250個MFTS的管理。MFTS通過4～20mA的電流信號測試所屬的閥門控制系統(tǒng)。一個MFTS能同時獨立測試8個閥門控制系統(tǒng)，所以測試系統(tǒng)能同時測試2 000個閥門控制系統(tǒng)，大大提高了測試效率。MFTS也可脫離PC機，作為一個獨立的測試儀工作，測試所屬的8個閥門控制系統(tǒng)的工作性能，大大提高了測試系統(tǒng)工作的靈活性。
由此可見，MFTS是整個IVCS測試系統(tǒng)的核心，本文的研究內(nèi)容也聚焦在MFTS對IVCS的測試原理及MFTS的功能需求上。
1 MFTS的測試原理
MFTS的測試對象主要是IVCS，因此首先需了解IVCS的工作原理。IVCS的職能方塊圖如圖2所示。
由圖2可知，IVCS是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。其工作原理如下：控制模塊根據(jù)給定的IVCS輸入信號r(t)，推動電機驅(qū)動閥門執(zhí)行機構(gòu)，從而控制閥門開度。IVCS的輸出信號c(t)通過位置傳感器反饋到IVCS的輸入端與輸入信號進行比較產(chǎn)生偏差信號，控制模塊根據(jù)偏差信號調(diào)節(jié)閥門開度，直到偏差信號為0為止。
可見，IVCS的工作過程實際上是檢測偏差和糾正偏差的過程，是從動態(tài)過渡到穩(wěn)態(tài)的一個過程。因此MFTS應(yīng)具備測試IVCS動態(tài)及穩(wěn)態(tài)的性能指標(biāo)的功能。在自動控制技術(shù)中，控制系統(tǒng)的動態(tài)及穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)是通過穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性這三個性能指標(biāo)來衡量的。因此要測試IVCS工作的可靠性，必須能夠測試出此控制系統(tǒng)這三個方面的性能是否滿足要求。
IVCS的穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在去掉作用于系統(tǒng)上的外界的擾動后，系統(tǒng)動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)的輸出c(t)能夠以足夠的精度恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)位置的能力。準(zhǔn)確性主要體現(xiàn)在系統(tǒng)在控制信號作用下，穩(wěn)定后系統(tǒng)的輸出量c(t)與給定輸入量r(t)之間的偏差�？焖傩灾饕w現(xiàn)在系統(tǒng)在控制信號作用下，當(dāng)輸出量 c(t)與給定的輸入量r(t)之間產(chǎn)生偏差時，消除這種偏差過程的快速程度。衡量此三要素的性能指標(biāo)如圖3所示。
1.1 準(zhǔn)確性指標(biāo)測試方法
用IVCS輸出達到穩(wěn)態(tài)值時實際輸出c(t)與給定輸入信號r之間的穩(wěn)態(tài)誤差來表征IVCS的準(zhǔn)確性，即εss=
，如圖3所示。測試過程為：假設(shè)IVCS滿量程輸出對應(yīng)的輸入信號為rmax，給IVCS的輸入信號從0.1rmax，以0.1rmax的量遞增至rmax，共測試10個點，以判斷IVCS準(zhǔn)確度分布情況。即初始時刻給IVCS輸入信號為r1=0.1rmax，MFTS測試IVCS穩(wěn)定后的值為c1，此時的穩(wěn)態(tài)誤差εss1=c1-r1；再改變輸入信號為r2=0.2rmax，穩(wěn)定值為c2，此時的穩(wěn)態(tài)誤差εss2=c2-r2。依此類推直至測出10個點的穩(wěn)態(tài)誤差值εss1、εss2…εss10。根據(jù)測出的10個點的誤差值就可以判別IVCS的平均準(zhǔn)確率、誤差范圍等，即平均準(zhǔn)確率
