用设定曲线补偿调节阀特性畸变

　　1　引　言

　　调节阀广泛地应用在工业自动化系统中,作为调节系统的执行器件,对它的选择往往决定着调节品质能否达到设计要求。由于被控对象的特性千差万别,调节阀的特性却很有限;另外调节阀的工作特性曲线与设计时选用的特性有时会发生极大的畸变,造成调节系统的静态放大系数在调节范围内与设计值不一致,使调节品质下降。对于类似的问题,以往大多是通过换用其它的调节阀来改善。这种方法首先是造成了浪费,其次往往仍不能使调节品质有较大的提高。为了解决这一问题,我们利用单片机设计了一类补偿器,通过设定补偿曲线的方法较好地解决了这个问题。

　　2　补偿原理

　　图2—1为调节系统框图。其环路的临界频率特性为:

　　式中K是环路的静态增益,ωc是环路的临界频率,Kc、Kv、Kp、Km分别是控制器、调节阀、对象和传感器的静态增益,只要G(Jωc)恒定,环路的稳定性是不变的。但是对象一般存在非线性,在工作范围内对象特性会发生变化,引起G(Jωc)的变化,从而导致稳定性的变化,使调节品质下降,这是我们不希望发生的。由方程(2—1)可知,当ωC=0时,控制回路由各环路的静态增益组成,其开环增益为:

　　按线性系统理论,当被控对象的负荷在被控范围内变化时,其环路增益K应保持不变,这样控制品质才可保持一致。在控制系统设计时,调节品质一般是按最佳值设计的,即保持K恒定,就可使系统达到最佳运行目标。在式(2—2)中,Kc对非自整定调节器一般为常数:Km在测量变送为线性时也是恒定的。这样式(2—2)又可以写成:

　　要保持K为常数,KvKp之积也应为常数。按补偿原理,由式(2—3)可求得:

　　式(2—4)表明:调节阀的静态增益应当反比于被控对象的静态特性;对象的静态特性Kp常常等于除调节器以外的其它环节的静态增益之积,也就是广义对象的静态特性。因此,广义被控对象静态特性是决定调节阀静态特性的唯一因素。广义的工业对象其特性千差万别,而调节阀的特性却仅有数种可供选择;同时在设计时,设计人员并不能做到对被控对象的特性完全了解,这就造成了所选用的调节阀的特性不能满足调节品质的要求,也就是说使得Kv≠K/KoKp。然而由公式(2—4)可以得到启发,即我们可以在公式(2—4)的左边乘上一个可变系数,也就是在调节阀前串接上一个可任意设定其特性的环节,这一环节于调节阀一起构成一个复合调节阀。

　　图2—2为补偿器在调节系统中的位置。

　　这样,我们就可以通过调整这一串联环节的系数来满足公式(2—4)的要求。当然,这一环节的滞后相对于调节阀的滞后应足够小,同时应能满足调节阀的精度要求。通过设置这一环节的传递函数,我们可以任意设置调节阀的输出流量与调节器的输出之间的关系。在图2—3中,通过将流量与调节器的输出补偿为线性关系,说明了其补偿原理。同样的,我们也可以将其补偿为其它希望的特性关系。