氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥粘滯故障引起的回路震蕩消除方法

汪明具+王敏

摘 要：隨著時(shí)代的發(fā)展，我國(guó)的工業(yè)發(fā)展迅速，不僅給國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平帶來(lái)了巨大的提升，還保障了人民生活的安全便捷。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是作業(yè)系統(tǒng)中常見(jiàn)的組件，不僅在一定程度上提高了系統(tǒng)的作業(yè)效率，還能有效防止了安全事故的發(fā)生。但是在氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的工作中，常常會(huì)出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥粘滯故障，不僅會(huì)破壞系統(tǒng)各項(xiàng)回路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，更會(huì)對(duì)整個(gè)作業(yè)的質(zhì)量產(chǎn)生重要的影響。通過(guò)本文的討論，筆者主要講述了氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥粘滯故障引起的回路震蕩的內(nèi)容，以及消除方法。

關(guān)鍵詞：氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥；粘滯故障；回路震蕩；消除

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.025

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥以壓縮氣體為主要?jiǎng)恿υ?，借助氣缸為?zhí)行器，結(jié)合閥門(mén)定位器、儲(chǔ)氣罐、氣體過(guò)濾器等附件，對(duì)系統(tǒng)作業(yè)進(jìn)行開(kāi)關(guān)或是比例控制和調(diào)節(jié)。在接收信息自動(dòng)化的控制信號(hào)后，對(duì)管道各項(xiàng)介質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，主要包括：流量、壓力、溫度、質(zhì)量等參數(shù)。近年來(lái)，隨著調(diào)節(jié)閥的不斷更新和發(fā)展，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥以自身控制簡(jiǎn)單、安全穩(wěn)定、反應(yīng)敏捷、不需要另外添加防爆措施等優(yōu)勢(shì)，獲得了廣大作業(yè)系統(tǒng)的青睞。不僅在工業(yè)系統(tǒng)中取得了一定的成就，其發(fā)展趨勢(shì)還涉及到了石油業(yè)、化工業(yè)、電氣業(yè)等國(guó)家重要領(lǐng)域，因此對(duì)我國(guó)社會(huì)的發(fā)展有著關(guān)鍵的作用。在一個(gè)工業(yè)系統(tǒng)中，包括了成百上千的回路，只有對(duì)這些回路進(jìn)行完善科學(xué)的控制，才能保證生產(chǎn)的質(zhì)量以及安全。而性能較差的回路，就會(huì)對(duì)整體系統(tǒng)產(chǎn)生影響，例如震蕩，就會(huì)破壞整個(gè)系統(tǒng)回路的正常運(yùn)行，最后產(chǎn)生巨大的損失和安全影響。

1 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥粘滯引起的回路震蕩

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是作業(yè)系統(tǒng)中使用最為頻繁的執(zhí)行組件，因此其回路的正常是保障作業(yè)科學(xué)進(jìn)行的關(guān)鍵。然而根據(jù)國(guó)家工業(yè)調(diào)查的數(shù)據(jù)來(lái)看，在我國(guó)只有30%的工業(yè)控制回路性能是在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的，而在不合格的控制回路中，30%的回路震蕩是因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥粘滯所引起的。在一般情況下，閥門(mén)粘滯導(dǎo)致回路產(chǎn)生極限環(huán)，從而控制的量也在設(shè)定值上下震蕩變換中，因此排除粘滯對(duì)回路的影響，不僅可以提高生產(chǎn)的質(zhì)量，還可以減少作業(yè)浪費(fèi)，提高經(jīng)濟(jì)價(jià)值，對(duì)于氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的日常運(yùn)作也有著促進(jìn)作用。

閥門(mén)粘滯指的是閥門(mén)在運(yùn)行一段時(shí)間后，由于閥桿與填料之間產(chǎn)生較大的靜摩擦，從而引起的非線性故障。在當(dāng)今系統(tǒng)作業(yè)中，大部分控制回路的計(jì)算方法還是采用傳統(tǒng)的PID控制計(jì)算法。而在PID控制回路中，需要控制器花費(fèi)較多的時(shí)間進(jìn)行反復(fù)調(diào)節(jié)才能使得其達(dá)到一定的設(shè)定的狀態(tài)，在這個(gè)過(guò)程中，控制器會(huì)不斷的改變方向。當(dāng)有氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的回路上有粘滯故障時(shí)，控制器就會(huì)改變方向，而閥門(mén)就會(huì)進(jìn)一步發(fā)生粘滯現(xiàn)象。而這種情況一直會(huì)延續(xù)到控制器的輸出大于某個(gè)數(shù)值（S）時(shí)，閥桿才會(huì)產(chǎn)生為某個(gè)（J）大小的跳動(dòng)（參照下圖）。在這個(gè)無(wú)法估摸的過(guò)程中，調(diào)節(jié)量產(chǎn)生偏差則是在所難免的。而為了消除這個(gè)偏差，控制器就會(huì)再次發(fā)生改變，粘滯故障便會(huì)再次發(fā)生，最終導(dǎo)致了控制變量在以設(shè)定的值的上下來(lái)回波動(dòng)震蕩。因此PID是引起數(shù)值震蕩的主要原因。

2 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥粘滯引起的回路震蕩消除辦法

通過(guò)各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明，在傳統(tǒng)的PI控制器中，其r（k）表示為該作業(yè)系統(tǒng)中的設(shè)定值，y（k）表示為該系統(tǒng)在作業(yè)時(shí)所產(chǎn)生的實(shí)際輸出值，P設(shè)為比例系數(shù)，T作為實(shí)踐采樣的周期，I作為最后的積分系數(shù)。

因此在傳統(tǒng)的PI控制器中，當(dāng)控制器發(fā)展變化時(shí)，閥門(mén)出現(xiàn)粘滯現(xiàn)象的原因是控制器的輸出過(guò)小所導(dǎo)致的。這就說(shuō)明了在閥門(mén)出現(xiàn)粘滯現(xiàn)象時(shí)可以進(jìn)一步通過(guò)改變積分的作用，從而對(duì)輸入進(jìn)行控制和規(guī)劃，以這種方式來(lái)消除粘滯現(xiàn)象對(duì)控制回路帶來(lái)的影響。控制器輸入率的數(shù)值對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥桿的作業(yè)具有較大的影響，閥桿有粘滯現(xiàn)象時(shí)，控制器輸出率大就可以進(jìn)一步幫助閥桿快速運(yùn)轉(zhuǎn)，從而擺脫粘滯的帶來(lái)的影響，反之就可以降低一定量的輸出率，來(lái)保證氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的正常運(yùn)作。同時(shí)影響輸出率的E（k）和Ec（k）兩者數(shù)值也會(huì)對(duì)粘滯現(xiàn)象產(chǎn)生不一樣的影響，根據(jù)多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)兩者不等于0時(shí)，就說(shuō)明了控制變量尚未達(dá)到具體的設(shè)定值，還在發(fā)生改變，因此在這時(shí)，閥桿沒(méi)有發(fā)生粘滯現(xiàn)象。當(dāng)E（k）不等于0，而Ec（k）等于0時(shí)，其控制量在尚未達(dá)到設(shè)定值的同時(shí)也沒(méi)有發(fā)生改變，因此已發(fā)生粘滯現(xiàn)象。當(dāng)E（k）等于0，而Ec（k）不等于0時(shí)，控制量仍然在發(fā)生變化，因此也沒(méi)有粘滯現(xiàn)象。最后當(dāng)兩者同時(shí)等于0時(shí)，控制量達(dá)到了設(shè)定值，并且沒(méi)有發(fā)生其他變化，因此沒(méi)有發(fā)生粘滯現(xiàn)象。

綜上所述，使用新型模型來(lái)對(duì)控制器進(jìn)行模糊控制，從而來(lái)消除回路震蕩現(xiàn)象，首先應(yīng)該通過(guò)傳統(tǒng)PI控制器獲取具體參數(shù)，然后將相同的參數(shù)賦予模糊控制器，最后通過(guò)合理的參數(shù)對(duì)發(fā)生粘滯的回路進(jìn)行休整工作，最終達(dá)到提高氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的工作質(zhì)量的目標(biāo)。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)代的發(fā)展，我國(guó)工業(yè)水平在不斷的提高，不僅為人民的生活提供了方便，還進(jìn)一步加強(qiáng)了我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的實(shí)力，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是工業(yè)作業(yè)系統(tǒng)中控制量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)整體的工程具有較大的意義，以此不斷提高其控制水平是發(fā)展工業(yè)的必經(jīng)之路。

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