气动调节阀被应用到工业的诸多领域,是工业生产过程中重要的执行部件,智能阀门定位器是使调节阀拥有良好的控制精度、提高阀门响应速度的良好保证。国产的阀门定位器在控制效果上与国外产品有较大的差距,各项性能指标上都还有很大的提升空间。国内对智能阀门定位器控制算法的研究还不深刻,其中主要在于对调节阀模型的研究还不够深刻,很少有研究分析阀门定位器控制算法与阀门定位器非线性特性之间的联系。本文在分析阀门定位器核心部件:具有喷嘴-挡板结构的力矩马达和气动放大器的结构以及工作原理的基础上,通过实验与系统辨识工具建立了具有非线性特性的智能阀门定位器的机理模型。发现主要发生在力矩马达上的饱和非线性曲线会随着气源气压的改变而变化,发现了力矩马达和气动放大器共同作用导致了阀门定位器的间隙特性,以及由于摩擦力导致的气动执行机构间隙特性,进一步修改了本实验室在国际上首次建立的完整的调节阀动态数学模型(control valve model,简称CVM模型),通过实验验证了建立模型的准确性。针对阀门定位器本身的非线性特性,进一步研究了控制算法。通过对修改后的模型进行了控制算法的仿真分析,比较响应曲线的结果最终选择了IMC-PID控制算法以及参数整定规则;对于饱和非线性特性,提出了使用Bang-bang/PID分段控制器,通过分段控制器来消除PID控制器可能存在的积分饱和现象,Bang-bang控制使控制器具有最快的响应速度,而在偏差信号很小时采用PID控制器且加入了适当的限幅值,使PID控制器总是能工作在阀门定位器的线性区间,仿真和实验证明了采用分段的Bang-bang/PID控制器能够使控制器具有良好的输出作用;对于阀门定位器和调节阀的间隙特性,使用逆间隙补偿算法来消除间隙特性,实验证明具有逆间隙补偿器的阀门定位器能够在不影响阀门定位器稳定性的前提下增加了系统的快速性,逆间隙补偿器也有效的改善调节阀的间隙特性,适当的改善了调节阀控制系统的快速性。