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气动调节阀粘滞故障引起的回路震荡消除方法

2020-09-11 17:28 文章来源:爱伦阀门

  气动调节阀以压缩气体为主要动力源,借助气缸为执行器,结合阀门定位器、储气罐、气体过滤器等附件,对系统作业进行开关或是比例控制和调节。在接收信息自动化的控制信号后,对管道各项介质进行调节,主要包括:流量、压力、温度、质量等参数。近年来,随着调节阀的不断更新和发展,气动调节阀以自身控制简单、安全稳定、反应敏捷、不需要另外添加防爆措施等优势,获得了广大作业系统的青睐。不仅在工业系统中取得了一定的成就,其发展趋势还涉及到了石油业、化工业、电气业等国家重要领域,因此对我国社会的发展有着关键的作用。在一个工业系统中,包括了成百上千的回路,只有对这些回路进行完善科学的控制,才能保证生产的质量以及安全。而性能较差的回路,就会对整体系统产生影响,例如震荡,就会破坏整个系统回路的正常运行,最后产生巨大的损失和安全影响。

  气动调节阀粘滞引起的回路震荡

  气动调节阀是作业系统中使用最为频繁的执行组件,因此其回路的正常是保障作业科学进行的关键。然而根据国家工业调查的数据来看,在我国只有 30% 的工业控制回路性能是在标准范围内的,而在不合格的控制回路中,30% 的回路震荡是因为调节阀粘滞所引起的。在一般情况下,阀门粘滞导致回路产生极限环,从而控制的量也在设定值上下震荡变换中,因此排除粘滞对回路的影响,不仅可以提高生产的质量,还可以减少作业浪费,提高经济价值,对于气动调节阀的日常运作也有着促进作用。

  阀门粘滞指的是阀门在运行一段时间后,由于阀杆与填料之间产生较大的静摩擦,从而引起的非线性故障。在当今系统作业中,大部分控制回路的计算方法还是采用传统的 PID 控制计算法。而在 PID 控制回路中,需要控制器花费较多的时间进行反复调节才能使得其达到一定的设定的状态,在这个过程中,控制器会不断的改变方向。当有气动调节阀的回路上有粘滞故障时,控制器就会改变方向,而阀门就会进一步发生粘滞现象。而这种情况一直会延续到控制器的输出大于某个数值(S)时,阀杆才会产生为某个(J)大小的跳动(参照下图)。在这个无法估摸的过程中,调节量产生偏差则是在所难免的。而为了消除这个偏差,控制器就会再次发生改变,粘滞故障便会再次发生,最终导致了控制变量在以设定的值的上下来回波动震荡。因此 PID 是引起数值震荡的主要原因。

  气动调节阀粘滞引起的回路震荡消除办法

  通过各项实验表明,在传统的 PI 控制器中,其 r(k)表示为该作业系统中的设定值,y(k)表示为该系统在作业时所产生的实际输出值,P 设为比例系数,T 作为实践采样的周期,I 作为最后的积分系数,因此离散的 PI 的表达式可以总结为

  因此在传统的 PI 控制器中,当控制器发展变化时,阀门出现粘滞现象的原因是控制器的输出过小所导致的。这就说明了在阀门出现粘滞现象时可以进一步通过改变积分的作用,从而对输入进行控制和规划,以这种方式来消除粘滞现象对控制回路带来的影响。控制器输入率的数值对气动调节阀阀杆的作业具有较大的影响,阀杆有粘滞现象时,控制器输出率大就可以进一步帮助阀杆快速运转,从而摆脱粘滞的带来的影响,反之就可以降低一定量的输出率,来保证气动调节阀的正常运作。同时影响输出率的 E(k) 和 Ec(k)两者数值也会对粘滞现象产生不一样的影响,根据多项实验数据表明,当两者不等于0时,就说明了控制变量尚未达到具体的设定值,还在发生改变,因此在这时,阀杆没有发生粘滞现象。当 E(k) 不等于 0,而 Ec(k)等于 0 时,其控制量在尚未达到设定值的同时也没有发生改变,因此已发生粘滞现象。当 E(k) 等于 0,而 Ec(k)不等于 0 时,控制量仍然在发生变化,因此也没有粘滞现象。最后当两者同时等于0时,控制量达到了设定值,并且没有发生其他变化,因此没有发生粘滞现象。

  综上所述,使用新型模型来对控制器进行模糊控制,从而来消除回路震荡现象,首先应该通过传统 PI 控制器获取具体参数,然后将相同的参数赋予模糊控制器,最后通过合理的参数对发生粘滞的回路进行休整工作,最终达到提高气动调节阀的工作质量的目标。


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