控制阀与广义对象教学课件PPT.ppt

控制阀与广义对象 上一讲内容回顾 典型工业过程的动态特性类型 自衡与非自衡过程掌握简单被控过程的机理建模方法 测量与变送环节 本讲基本要求 掌握调节阀 气开 气关 形式与流量特性的选择原则 掌握 广义对象 概念及其动态特性的典型测试方法 2 4气动调节阀的结构 u t 控制器输出 4 20ma或0 10madc pc 调节阀气动控制信号 l 阀杆相对位置 f 相对流通面积 q 受调节阀影响的管路相对流量 阀门的 气开 与 气关 1 气开阀与气关阀 气开阀 pc f 有气则开 气关阀 pc f 有气则关 无气源 pc 0 时 气开阀全关 气关阀全开 2 气开阀与气关阀的选择原则主要考虑失气时使生产处于安全状态 若无气源时 希望阀全关 则应选择气开阀 如加热炉瓦斯气调节阀 若无气源时 希望阀全开 则应选择气关阀 如加热炉进风蝶阀 调节阀的固有流量特性 气动阀通常被描述为一阶惯性环节 气动阀的滞后主要发生在执行机构 是在传送信号时由气动管线和膜头容量造成的 执行机构的静态关系一般呈线性关系 而流通截面与行程之间因阀的流量特性不同而呈各种非线性关系 这里要讨论的是如何用阀的非线性去补偿控制系统中其他环节的非线性 控制阀的流量特性是指通过控制阀的流量与阀门开度之间的关系 调节阀的固有流量特性 续 调节阀的流量特性是被调介质流过阀门的相对流量 f fmax 与阀门相对行程 l l 之间的关系 调节阀的流量的特性有四种 1 线性 2 等百分比 3 快开 4 抛物线 线性是指流过阀门的相对流量 f fmax 与相对行程 l l 成正比 单位行程变化所引起的流量变化相等 阀门行程变化流量随只成比例变化 调节阀的放大系数为一常数 等百分比是指流过阀门的相对流量 f fmax 与相对行程 l l 成对数关系 单位行程变化所引起的流量变化与当时流量成正比 阀门行程变化流量随之变化 并且其流量变化一致 调节阀的放大系数随流量增大而增大 调节阀的固有流量特性 续 快开特性的阀芯形式是平板形的 它的有效位移一般为阀座直径的1 4 当位移再增大时 阀的流通面积就不再增大 失去调节作用 快开特性调节阀适用于快速启闭的切断阀或双位调节系统 抛物线流量特性是指单位相对位移的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量值的平方根成正比关系 其数学表达式为 调节阀的固有流量特性 续 调节阀结构特性 阀芯与阀座间的节流流量和阀门开度之间的函数关系 f为相对节流面积 l为相对开度 线性阀 线1 等百分比阀或称对数阀 线2 调节阀的安装流量特性分析 实际上 控制阀很少在恒定压降下工作 当控制阀安装在有阻力的管道上时 由于通过控制阀的流量变化引起阻力的变化 从而使得阀上压降也发生相应变化 这时的流量特性称为安装流量特性 调节阀的安装流量特性分析 阀阻比s 调节阀全开时的两端压降与系统总压降之比 即 调节阀工作流量特性 续 线性阀的特性变异 对数阀的特性变异 1 特性曲线总是向上方畸变 线性阀接近快开特性 等百分比阀接近线性特性 2 s值越小 畸变越严重 3 畸变后 最小流量fmin上升 使实际可调比r fmax fmin下降 调节阀流量特性总结 线性阀 在理想情况下 调节阀的放大增益kv与阀门开度无关 而随着管路系统阀阻比的减少 当开度到达50 70 时 流量已接近其全开时的数值 即kv随着开度的增大而显著下降 对数阀 在理想情况下 调节阀的放大增益kv随着阀门开度的增大而增加 而随着管路系统阀阻比的减少 kv渐近于常数 调节阀流量特性的选择原则 选择原则 仅当对象特性近似线性而且阀阻比大于0 60以上 即调节阀两端的压差基本不变 才选择线性阀 如液位控制系统 其他情况大都应选择对数阀 广义对象 的概念 广义对象 的特点 特点 1 使控制系统的设计与分析简化 2 广义对象的输入输出通常可测量 以便于测试其动态特性 3 只关心某些特定的输入输出变量 广义对象 动态特性的阶跃响应测试法 典型自衡工业对象的阶跃响应 对象的近似模型 对应参数见左图 而增益为 ymin ymax 为cv的测量范围 umin umax 为mv的变化范围 对于阀位开度通常用0 100 表示 广义对象 动态特性的矩形脉冲响应测试法 过程控制广义对象动态特性分类 自衡过程 self regulatingprocesses 1 无振荡的自衡过程 2 有振荡的自衡过程非自衡过程 non self regulatingprocesses 1 无振荡的非自衡过程 2 有振荡的非自衡过程 3 具有反向特性的非自衡过程特性 在阶跃作用下 被控变量出现衰减过程 最后能趋向新的稳态值 该类过程不多见 而且也比较难控制 无振荡自衡过程模型 无振荡非自衡过程模型 具有反向特性的非自衡过程模型 工业过程控制对象的特点 除液位对象外的大多数被控对象本身是稳定自衡对象 对象动态特性存在不同程度的纯迟延 对象的阶跃响应通常为单调曲线 除流量对象外的被调量的变化相对缓慢 被控对象往往具有非线性 不