上海沪工阀门厂（团体）无限公司

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1 媒介

电动调理阀凡是作为主动节制体系的一个构成局部，被用来对气体的流量或压力停止调理。可是电动调理阀的输出和输出之间的干系很难用一个精确的数字模子来描写。这不只是因为阀门输出特征的非线性，而其因为流过阀门气体的流量和阀门前后的压降相互影响难以计较。以流量节制为例，当阀门前后压力牢固时流量仅与阀门的开度有关，但在大大都环境下，当阀门的阀位变更时，阀门前后压力也会随之变更，这就时流量增益的计较非常坚苦。现实上，因为阀门前后的压力在扰动身分的感化下也会产生动摇从而引发流量的变更，流过阀门气体的流量与阀门的开度不存在逐一对应的干系。因为数学模子的不肯定，间接以阀板的开度作为支配变量不能很好地知足体系的请求，乃至能够致使变乱的产生。尔后虽然阀门的开度与流量或压降之间的剖析干系不易获得，可是借助丈量仪表却能够便利地对阀门在某一开度下的流量或压降停止丈量。

 针对阀门的输出易丈量不宜计较的特色，步进式节制不间接对输出旌旗灯号停止呼应，而是分多少个牢固的步长，使输出旌旗灯号一步一步地迫近设定量。在阀板动弹一个步长以后都对阀门的流量或压降停止一次丈量，节制计较机按照丈量值和设定值比拟的成果，肯定下一步阀板动弹的标的目的，直至丈量值与设定值的差值小于划定误差时为止。

2 步进式节制的法式设想和参数设定

 步进式节制的法式设想不触及数学模子的阐发和求解，因此绝对比拟简略，普通用梯形图就能够实现。法式设想框图见图1。在法式设想中须要设定两个参数，及步长和采样周期。这两个参数对节制体系的精度和呼应速率影响较大，设定时应综合斟酌体系对节制精度和呼应速率的请求。

图1 步进式节制的法式框图

2.1 步长的设定

电动履行机构可简化为由继电关键和通报函数两局部构成的闭关键制体系，如图2所示。这个闭关键制体系因此电压旌旗灯号 U_s（即 I/V 转换后的旌旗灯号）为输出，地位反应旌旗灯号 U_f 为输出。只需 |e|>h，伺服机电就会获得巨细为 U_a 的供电电压。这时候的前向通报函数为：

式中，m 为 |e|>h 起头的时辰，n 为 |e|>h 竣事的时辰。

对式(1)停止拉氏反变更，能够获得地位反应旌旗灯号 U_f，即阀板地位的变更纪律为：

图2 电动履行机构道理

当步长较大，一个步长所履历的时候较永劫，式中的非线性项 e^-(t-m) 和 e^-(t-n) 对呼应速率的影响较小。反之非线性身分对呼应速率的影响较大。因而可知，步长越小，节制精度越高，但呼应速率越慢。步长的设定能够在体系的调试进程中按照对节制工具的丈量成果停止，阀板动弹一个步长所引发的流量或压降的最大变更量略小于体系许可余差的 2 倍便可。

2.2 采样周期的设定

 采样周期的设定取决于步长的设定。步长越大，阀板动弹一个步长使节制工具从一个不变状况过渡到下一个不变状况所履历的时候越长，呼应的也须要较长的采样时候。采样周期的设定也能够在体系的调试进程中停止，采样周期应略擅长阀板动弹一个步长所引发的阀门的输出的变更到达不变值所须要的最永劫候。

3 步进式节制的节制机能阐发

3.1 余差

 步进节制法德余差与步长的设置有关。若是按照一个步长所引发的被空置量的最大变更量略小于静态允差的准绳设置步长，则不管电动调理阀用于不变体系仍是用于跟从体系，其输出的余差都不会大于体系的静态允差。

3.2 超调

 因为计较机输出的是牢固的小增量，并且对应于每个如许的小增量节制工具的变更量不大于静态允差的 2 倍。故接纳步进节制法阀门输出的超调量在数值上不大于体系的静态允差。

3.3 呼应速率和过渡时候

 因为阀门履行机构中惯性等身分的存在，使阀门在开闭进程中存在非线性。按照惯例的节制纪律阀门每次在活动延续的时候较长，非线性的影响常常能够疏忽不计。

在步进式节制中，阀门的输出到达设定量须要经由进程多少步长才能实现。恰是因为每步中非线性项的积累影响，使得步进式节制的呼应速率比其余节制体例慢，过渡时候长。并且节制精度越高呼应速率越慢。图3是假设阀门增益为常量 3，继电关键输出 U_a 为0.01，履行机构通报函数为 1/N(s+1)，拔取步长为 0.01，采样周期为 8s，步进式节制对单元阶跃输出的呼应速率与间接呼应法获得不异输出稳态值时的呼应速率比拟的 simulink 仿真图（图3）。从图中能够看出前者的过渡时候约 260s，尔后者的过渡时候仅约 80s，两者的呼应速率相差 2 倍以上。

图3 步进式节制呼应速率的比拟

4 步进式节制的利用

济钢 500t pd 环形套筒石灰窑利用转炉煤气出产炼钢用活性石灰，对应必然的出产率，请求单元时候内进入石灰窑的煤气的总发烧量根基坚持恒定。因为煤气的热值动摇规模较大，须要按照出产率和煤气的热值和该出产率下单元产物的热耗计较出对应的煤气流量。经由进程节制煤气流量来不变入窑煤气的总发烧量。利用步进式节制体例，经由进程煤气总管电动调理阀对煤气流量停止调理。起首按照工艺须要将煤气流量误差的许可值设定为 ±100m³/h，煤气流量在这个规模内动摇对石灰的焙烧工艺不较着影响。尔后按照 2.1 和 2.2 所述的体例将步长值设置为阀板总开度的 3%；将采样周期设置为 5s。

上述体例实行后，熄灭室和轮回气体温度的动摇根基消弭，石灰品质较着进步。

 另外，步进式节制法还利用于济钢（马）中板厂加热炉空然配比主动节制和济钢第三炼钢厂 4 号连铸机水处置水压主动节制等体系中。

5 结语

 步进节制法是按照对节制工具的丈量成果来决议阀门开闭标的目的的，并且每次开闭的位移量是牢固的，不须要借助数学模子来肯定节制纪律。合用于数学模子不宜求取或数学模子不肯定的场所。该制法节制电动调理阀，因为每次的位移量小，产生的误差也小。能够使工具运转安稳，静态误差也能够节制在一个较小的规模。与接纳对输出量间接呼应的节制体例比拟呼应速率较慢，不合用于对呼应速率请求较高的场所。但对普通的产业进程而言，其呼应速率已充足。