蒸汽电动调节阀的控制方法、装置、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及电气控制技术领域，尤其涉及一种蒸汽电动调节阀的控制方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.在酿酒制造行业的上甑工序过程中，需要不断调节蒸汽压力来满足上甑的工艺要求，国内大型酒厂蒸汽都是集中输送，蒸汽从锅炉进入分汽包后，再通过管道送达甑锅。由于同一分汽包负责给多个甑锅供汽，各甑锅的蒸汽压力往往会相互影响，蒸汽压力波动较大。根据流体伯努力方程，管道间流动的流体，其压力与流速、流体密度、管道结构、尺寸、流体物理性质等因素有关，对于饱和蒸汽而言，其规律更为复杂，相互之间具有很强的非线性特征，因此目前尚无法准确地建立管道内蒸汽流动的理论数学模型。在缺少准确数学模型支撑下，目前绝大多数蒸汽控制阀只能通过压力值反馈实现控制，无法避免蒸汽压力滞后和波动导致的控制阀门反复调节。


技术实现要素：

3.本发明提供一种蒸汽电动调节阀的控制方法、装置、电子设备及存储介质，用以解决现有技术中压力滞后和波动导致的控制阀门反复调节的缺陷。
4.本发明提供一种蒸汽电动调节阀的控制方法，包括：预设蒸汽电动调节阀的阀后压力目标值；建立蒸汽电动调节阀阀芯开度的数据模型；基于所述数据模型和所述阀后压力目标值调节蒸汽电动调节阀阀芯的开度；在所述蒸汽电动调节阀阀芯开度调节后，采集所述蒸汽电动调节阀的第一阀后压力值，将所述第一阀后压力值与所述阀后压力目标值进行比较，若二者之间的差值小于阈值，则调节完成。
5.根据本发明提供的一种蒸汽电动调节阀的控制方法，所述建立蒸汽电动调节阀阀芯开度的数据模型的步骤进一步包括：采集所述蒸汽电动调节阀当前的阀前压力值、第二阀后压力值以及所述蒸汽电动调节阀当前阀芯开度所对应的电位器的电流值；基于所述阀前压力值、所述第二阀后压力值以及所述电流值建立非线性回归方程。
6.根据本发明提供的一种蒸汽电动调节阀的控制方法，所述非线性回归方程的公式为：
[0007][0008]
其中，i为阀芯开度对应的电位器的电流值，p1为阀前压力值，p2为第二阀后压力值，i0为蒸汽电动阀完全关闭时，p2＝0时，电位器的反馈电流，a1～a6为待确定的回归系数。
[0009]
根据本发明提供的一种蒸汽电动调节阀的控制方法，所述建立蒸汽电动调节阀阀芯开度的数据模型的步骤还包括：基于随机梯度下降算法确定所述数据模型的参数。
[0010]
根据本发明提供的一种蒸汽电动调节阀的控制方法，所述建立蒸汽电动调节阀阀芯开度的数据模型的步骤还包括：基于所述随机梯度下降算法对所述数据模型的参数进行更新。
[0011]
根据本发明提供的一种蒸汽电动调节阀的控制方法，所述基于所述数据模型和所述阀后压力目标值调节蒸汽电动调节阀阀芯的开度的步骤进一步包括：根据所述非线性回归方程的计算公式，计算所述阀后压力目标值所对应的所述蒸汽电动调节阀的阀芯开度对应的电位器的电流值；将所述电流值换算成所述蒸汽电动调节阀的阀芯开度，并控制所述蒸汽电动调节阀的阀芯运动至所述阀芯开度。
[0012]
根据本发明提供的一种蒸汽电动调节阀的控制方法，还包括：将所述第一阀后压力值与所述阀后压力目标值进行比较，若二者之间的差值大于阈值，则滞后预设时间后调节蒸汽电动调节阀阀芯开度，采集第三阀后压力值，并将所述第三阀后压力值与所述阀后压力目标值进行比较，若二者之间的差值小于阈值，则调节完成，若二者之间的差值大于阈值，则滞后预设时间后再次调节蒸汽电动调节阀阀芯开度，直至采集到的阀后压力值与阀后压力目标值之间的差值小于阈值。
[0013]
本发明还提供一种蒸汽电动调节阀的控制装置，包括：预设模块，所述预设模块用于预设蒸汽电动调节阀的阀后压力目标值；建立模块，所述建立模块用于建立蒸汽电动调节阀阀芯开度的数据模型；调节模块，所述调节模块用于基于所述数据模型和所述阀后压力目标值调节蒸汽电动调节阀阀芯的开度；采集模块，所述采集模块用于采集蒸汽电动调节阀的第一阀后压力值；比较模块，所述比较模块用于比较所述第一阀后压力值与所述阀后压力目标值。
[0014]
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的蒸汽电动调节阀的控制方法的步骤。
[0015]
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的蒸汽电动调节阀的控制方法的步骤。
[0016]
本发明实施例提供的蒸汽电动调节阀的控制方法，利用数据模型调节阀芯开度，实现了阀芯开度的快速、准确调整。在蒸汽压力控制过程中，由于蒸汽的可压缩性和饱和蒸汽在管道中流动的复杂性，导致蒸汽压力反应滞后、不稳定，简单通过蒸汽压力作为反馈量，会使阀芯多次调节才能达到稳定，本发明实施例提供的蒸汽电动调节阀的控制方法克服了这一缺点，大幅减少了阀芯的调节次数，使阀芯快速达到设定位置完成调节，本发明实施例提供的蒸汽电动调节阀的控制方法，具有原理结构精简、控制准确的特点，可有效延长蒸汽电动调节阀的使用寿命，降低制造和使用的成本。
附图说明
[0017]
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]
图1是本发明提供的蒸汽电动调节阀的控制方法的流程图；
[0019]
图2是本发明提供的蒸汽电动调节阀的逻辑图；
[0020]
图3是基于随机梯度下降算法的误差迭代曲线；
[0021]
图4是基于最小均方算法的误差迭代曲线；
[0022]
图5是阀前压力值、第二阀后压力值以及电流值之间的非线性关系曲线；
[0023]
图6是蒸汽电动调节阀阀芯开度的数据拟合曲线图；
[0024]
图7是本发明提供的蒸汽电动调节阀的控制装置结构示意图；
[0025]
图8是本发明提供的电子设备的结构示意图；
具体实施方式
[0026]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027]
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0028]
下面结合图1
‑
图8描述本发明的蒸汽电动调节阀的控制方法、装置、电子设备及非暂态计算机可读存储介质。
[0029]
如图1所示，在本发明的一个实施例中，蒸汽电动调节阀的控制方法包括以下步骤：
[0030]
步骤01：预设蒸汽电动调节阀的阀后压力目标值。
[0031]
具体来说，在蒸汽电动调节阀两端的蒸汽管道上分别设置阀前压力表和阀后压力表，在采集阀前压力值和阀后压力值之前先预设阀后压力目标值。
[0032]
步骤02：建立蒸汽电动调节阀阀芯开度的数据模型。
[0033]
具体来说，采集蒸汽电动调节阀的阀前压力值、第二阀后压力值以及阀芯开度所对应的电位器的电流值，基于阀前压力值、第二阀后压力值和电流值建立非线性回归方程。
[0034]
步骤03：基于数据模型和阀后压力目标值调节蒸汽电动调节阀阀芯的开度。
[0035]
具体来说，根据数据模型计算阀后压力目标值所对应的电流值，并将该电流值换算成蒸汽电动调节阀阀芯开度，然后将蒸汽电动调节阀阀芯调节至该阀芯开度。
[0036]
步骤04：在蒸汽电动调节阀阀芯开度调节后，采集蒸汽电动调节阀的第一阀后压力值，将第一阀后压力值与阀后压力目标值进行比较，若二者之间的差值小于阈值，则调节完成。
[0037]
具体来说，在蒸汽电动调节阀阀芯开度调节后，采集蒸汽电动调节阀的第一阀后压力值，若第一阀后压力值与阀后压力目标值的差值在预设的范围内，则调节完成。
[0038]
本发明实施例提供的蒸汽电动调节阀的控制方法，利用数据模型调节阀芯开度，实现了阀芯开度的快速、准确调整。在蒸汽压力控制过程中，由于蒸汽的可压缩性和饱和蒸汽在管道中流动的复杂性，导致蒸汽压力反应滞后、不稳定，简单通过蒸汽压力作为反馈量，会使阀芯多次调节才能达到稳定，本发明实施例提供的蒸汽电动调节阀的控制方法克服了这一缺点，大幅减少了阀芯的调节次数，使阀芯快速达到设定位置完成调节，本发明实施例提供的蒸汽电动调节阀的控制方法，具有原理结构精简、控制准确的特点，可有效延长蒸汽电动调节阀的使用寿命，降低了制造和使用成本。
[0039]
如图2所示，在本发明的一个实施例中，建立蒸汽电动调节阀阀芯开度的数据模型
的步骤进一步包括：采集蒸汽电动调节阀当前的阀前压力值、第二阀后压力值以及蒸汽电动调节阀当前阀芯开度所对应的电位器的电流值，基于阀前压力值、第二阀后压力值以及电流值建立非线性回归方程。
[0040]
具体来说，由于蒸汽电动调节阀安装在确定管路上，管路直径、长度、结构等因素可视为确定量，阀芯位置反馈电流值与阀前压力值p1和第二阀后压力值p2相关。根据三者之间的变化趋势，及初始条件：当蒸汽电动调节阀完全关闭(p2＝0)时，反馈电流为i0，选择非线性模型如下形式，为一指数函数与多项式乘积形式，多项式最高次数，可根据准确度要求确定：
[0041][0042]
其中，i为阀芯开度对应的电位器的电流值，p1为阀前压力值，p2为第二阀后压力值，i0为蒸汽电动阀完全关闭时，p2＝0时，电位器的反馈电流，a1～a6为待确定的回归系数。
[0043]
为了获取更为精确的数据模型，采用基于随机梯度下降算法代替传统的最小均方算法，确定数据模型参数。
[0044]
随机梯度下降算法也称为增量梯度下降算法，是一种迭代方法，用于优化可微分目标函数。该方法通过在小批量数据上计算损失函数的梯度而迭代地更新权重与偏置项。随机梯度下降算法在高度非凸的损失表面上远远超越了朴素梯度下降算法。
[0045]
随机梯度下降算法在每轮更新参数时，仅随机抽取样本计算其梯度，并以此梯度为全局梯度的估计值。随机梯度下降算法的参数更新公式为
[0046][0047]
其中，α
t
是迭代步长，θ是权值，t是迭代次数，f
i
是目标函数,
[0048]
it∈{1,2,...,},表示第t轮迭代中按均匀分布随机抽取的样本序号。随机梯度下降算法的参数更新过程简单、高效，且迭代成本独立于n。
[0049]
由于蒸汽阀阀芯开度和阀前后端压力数据量大，且实时更新快，其变量之间关系应该是处于动态变化的过程，随着不断的新数据的生成，必然会使拟合关系之间存在一定变化。因此，为了进一步提高运算效率，以及拟合模型动态变化准确性。拟采用基于随机梯度下降法和最小均方算法进行模型参数更新。
[0050]
即对于公式(4)，(5)，(6)中的x(n)，也就是样本，随机选取最新的几组数据进行权值更新(且包含最新的一组数据)。
[0051]
将已知数据分为两组，前面13组数据为第一组，剩余的数据为第二组。首先利用第一组构建模型回归方程。然后利用第二组进行数据验证。
[0052]
根据已有数据，建立非线性回归方程，其计算公式如下：
[0053][0054]
利用基于随机梯度下降算法对数据模型参数进行更新：
[0055]
(1)初始化权值w。
[0056]
(2)根据第二组数据得到多组数据模型参数矩阵即
[0057]
x(n)＝[b
1 b
2 ...,b
n
]........(4)，
[0058]
其中b1＝[β
1 β
2 ...,β7]。
[0059]
随机从x(n)中提取b
i
，构建x(n)＝[b
i ...,b
n
].......(5)。
[0060]
(3)y(n)＝i(p
n 1
)
·
w(n)
·
x(n).......(6)，
[0061]
其中，p
n 1
[p1,p2]。
[0062]
(4)e(n)＝i(p
n 1
)
‑
y(n)，
[0063]
(5)更新权值，w(n 1)＝w(n) βe(n)x(n)；
[0064]
(6)y(n)＝i(p
n 1
)
·
w(n 1)
·
x(n 1)，
[0065]
(7)返回(4)继续。
[0066]
利用一般最小均方算法和基于随机梯度下降法的最小均方算法进行对比验证，根据每次获得新数据的拟合的误差e(n)构建迭代曲线图。
[0067]
如图3所示，基于随机梯度下降算法虽然收敛过程振荡非常大，且大概在第5次迭代开始收敛，最终收敛误差大约在0.1左右。如图4所示，而一般的最小均方算法虽然收敛过程振荡较小，但是收敛速度较慢，且收敛误差较大。
[0068]
综上所述，不难发现基于随机梯度下降算法拟合的数据模型要优于一般最小均方算法的拟合结果。
[0069]
最终确定的p1,p2,i之间的回归拟合关系，方差σ＝0.2375，所有实测数据均分布在拟合曲面上，准确的得到了该调节阀前后压力与反馈电流间的非线性关系如图5所示。
[0070]
图6为蒸汽电动调节阀阀芯开度的数据拟合曲线图，由此图可知，各数据均在拟合曲面上。
[0071]
如图2所示，在本发明的一个实施例中，基于数据模型和阀后压力目标值调节蒸汽电动调节阀阀芯的开度的步骤进一步包括：根据非线性回归方程的计算公式，计算阀后压力目标值所对应的蒸汽电动调节阀的阀芯开度对应的电位器的电流值；将电流值换算成蒸汽电动调节阀的阀芯开度，并控制蒸汽电动调节阀的阀芯运动至阀芯开度。
[0072]
进一步地，如图2所示，在本发明的一个实施例中，蒸汽电动调节阀的控制方法还包括：将第一阀后压力值与阀后压力目标值进行比较，若二者之间的差值大于阈值，则滞后预设时间后微调蒸汽电动调节阀阀芯，采集第三阀后压力值，并将第三阀后压力值与阀后压力目标值进行比较，若二者之间的差值小于阈值，则调节完成，若二者之间的差值大于阈值，则滞后预设时间后再次调节蒸汽电动调节阀阀芯开度，直至采集到的阀后压力值与阀后压力目标值之间的差值小于阈值。
[0073]
具体来说，在蒸汽电动调节阀阀芯开度调节后，采集蒸汽电动调节阀的第一阀后压力值，将第一阀后压力值与阀后压力目标值进行比较，判断蒸汽电动调节阀调节是否到位，如果二者之间的差值大于阈值，则说明蒸汽电动调节阀的调节存在误差，则需要滞后一定时间后对阀芯开度进行微调，微调后采集第三阀后压力值，并将第三阀后压力值与阀后压力目标值进行比较，若二者的差值小于阈值，则说明此时阀芯调节到位，若二者的差值仍然大于阈值，则继续微调阀芯，并再次采集阀后压力值，再次与阀后压力目标值进行比较，直至二者之间的差值小于阈值。
[0074]
本发明实施例提供的蒸汽电动调节阀的控制方法，与上甑机器人配合使用，满足了探气上甑蒸汽稳定控制的苛刻要求，降低了上甑过程中因蒸汽控制不及时导致的酒气挥发。采用数据模型控制阀芯开度，调节蒸汽压力响应速度快且稳定，配合上甑工艺要求可实现高效率的智能化生产；通过控制器输出信号驱动电机正反转开关阀芯，电位器反馈阀芯
开度位置信号，形成闭环调节，能够减少蒸汽电动调节阀内部控制器模块，减少故障点，降低制造成本及维修成本，增加蒸汽电动调节阀使用的可靠性，延长蒸汽电动调节阀的使用寿命。
[0075]
下面对本发明提供的蒸汽电动调节阀的控制装置进行描述，下文描述的蒸汽电动调节阀的控制装置与上文描述的蒸汽电动调节阀的控制方法可相互对应参照。
[0076]
如图7所示，在本发明的一个实施例中，蒸汽电动调节阀的控制装置包括：预设模块101、建立模块102、调节模块103、采集模块104和比较模块105。预设模块101用于预设蒸汽电动调节阀的阀后压力目标值；建立模块102用于建立蒸汽电动调节阀阀芯开度的数据模型；调节模块103用于基于数据模型和阀后压力目标值调节蒸汽电动调节阀阀芯的开度；采集模块104用于采集蒸汽电动调节阀的第一阀后压力值，比较模块105用于比较第一阀后压力值与阀后压力目标值。
[0077]
具体来说，在建立蒸汽电动调节阀阀芯开度的数据模型前，预设模块101先预设蒸汽电动调节阀的阀后压力目标值，然后获取蒸汽电动调节阀当前的阀前压力值、第二阀后压力值以及当前阀芯开度所对应的电位器的电流值，基于阀前压力值、第二阀后压力值以及电流值建立模块102建立非线性回归方程。调节模块103根据该非线性回归方程计算出阀后压力目标值所对应的电位器的电流值，并将该电流值换算成阀芯的开度值，调节模块103根据该阀芯开度值调节蒸汽电动调节阀阀芯的开度至该换算出的阀芯的开度位置。然后，采集模块104采集此时蒸汽电动调节阀的第一阀后压力值，比较模块105将该第一阀后压力值与阀后压力目标值进行比较，若二者之间的差值小于阈值，则说明蒸汽电动调节阀的阀芯调节到位，调节完成。
[0078]
进一步地，在本发明的一个实施例中，采集模块104还用于采集蒸汽电动调节阀的阀前压力值、第二阀后压力值以及电流值。
[0079]
进一步地，在本发明的一个实施例中，建立模块102还用于建立非线性回归方程。
[0080]
进一步地，在本发明的一个实施例中，蒸汽电动调节阀的控制装置还包括确定模块、更新模块和计算模块。确定模块用于基于随机梯度下降算法确定数据模型的参数，更新模块用于基于随机梯度下降算法对数据模型的参数进行更新，计算模块用于根据非线性回归方程的计算公式，计算阀后压力目标值所对应的蒸汽电动调节阀的阀芯开度对应的电位器的电流值，并将该电流值换算成蒸汽电动调节阀的阀芯开度值。
[0081]
进一步地，在本发明的一个实施例中，蒸汽电动调节阀的控制装置还包括调节模块，调节模块用于在滞后预设时间后调节蒸汽电动调节阀的阀芯开度。
[0082]
如图8所示，本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(communications interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行蒸汽电动调节阀的控制方法。
[0083]
需要说明的是，本实施例中的电子设备在具体实现时可以为服务器，也可以为pc机，还可以为其他设备，只要其结构中包括如图4所示的处理器810、通信接口820、存储器830和通信总线840，其中处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信，且处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令以执行上述方法即可。本实施例不对电子设备的具体实现形式进行限定。
[0084]
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0085]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的蒸汽电动调节阀的控制方法，该方法包括：预设蒸汽电动调节阀的阀后压力目标值；建立蒸汽电动调节阀阀芯开度的数据模型；基于数据模型和阀后压力目标值调节蒸汽电动调节阀阀芯的开度；在蒸汽电动调节阀阀芯开度调节后，采集蒸汽电动调节阀的第一阀后压力值，将第一阀后压力值与阀后压力目标值进行比较，若二者之间的差值小于阈值，则调节完成。
[0086]
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的蒸汽电动调节阀的控制方法，该方法包括：预设蒸汽电动调节阀的阀后压力目标值；建立蒸汽电动调节阀阀芯开度的数据模型；基于数据模型和阀后压力目标值调节蒸汽电动调节阀阀芯的开度；在蒸汽电动调节阀阀芯开度调节后，采集蒸汽电动调节阀的第一阀后压力值，将第一阀后压力值与阀后压力目标值进行比较，若二者之间的差值小于阈值，则调节完成。
[0087]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0088]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0089]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。