第三讲控制器与执行机构

1、第三章 控制器与执行机构l3.1控制规律控制规律比例控制（P）积分比例控制（PI）微分比例控制（PD）比例积分微分控制规律（PID）l3.2控制器控制器模拟式控制器数字控制器 l 3.3执行器执行器 执行机构调节机构的性能指标选用3.1 控制规律控制规律l什么是控制器的控制规律? 控制器的输出信号与输入信号之间的关系。l控制规律有哪些? 有很多：PID、非线性、自适应、智能等l控制器的基本控制规律？ 位式控制（其中以双位控制比较常用）、比例控制（P）、积分控制（I）、微分控制（D）及它们的组合形式：比例积分控制（PI）、比例微分控制（PD）和比例积分微分控制（PID）l控制规律的实现? 控制器

2、 执行器被控对象测量元件与变送器测量值给定值偏差输出变量被控变量控制器操纵干扰作用SVPVDVMVqyD3.1 控制规律控制规律 比例积分微分控制(PID)是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、可靠性高及对大多数控制系统的适应性，所以被广泛应用于工业过程控制，尤其适用于可建立数学模型的确定性控制系统。3.1 控制规律控制规律 双位控制 理想的双位控制器其输出Dv与输入偏差额Mv之间的关系为：00,)0(0,minmaxDvDvMvDvDvMvMv或或3.1 控制规律控制规律实际的双位控制特性3.1 控制规律控制规律一、比例控制规律一、比例控制规律 比例控制器的其输出与输入成比例关系，即

3、 Mv=KpDv 式中 Kp-比例放大倍数，或称比例增益。3.1 控制规律控制规律是指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数。%100/变化范围变化范围 MvMvPvDvpB%1001%100变化范围变化范围变化范围变化范围PvMvPvMvMvDvKpPB 比例度与放大倍数KP成反比。 控制器的比例度越小，它的放大倍数KP就越大，它将偏差（控制器输入）放大的能力越强，反之亦然。3.1 控制规律控制规律 举例： 比例作用控制，温度刻度范围为400800，控制器输出工作范围是420mA。当指示指针从600移到700，此时控制器相应的输出从12(10)变为16(18)，其比例度的值

4、为 ?%100%1004201216/400800600700PB3.1 控制规律控制规律：反应快，控制及时：不能消除余差（？） 若对象的滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较小时，控制器的比例度可以选得小些，以提高系统的灵敏度，使反应快些，从而过渡过程曲线的形状较好。反之，比例度就要选大些以保证稳定。 结论：结论：3.1 控制规律控制规律 对于比例作用的控制器来说，只要有偏差输入，其输出立即按比 例变化，因此比例控制作用及时迅速；但只具有比例控制规律的控制系统，当被控变量受扰动影响而偏离给定值后，控制器的输出必定要 发生变化而在系统达到新的稳态以后，为了克服扰动的影响，控制器的输出不是原来的数

5、值。由于控制器的输出与偏差成比例关系，被 控变量也就不可能回到原来的数值上，即存在残余偏差余差。 余差是比例控制器应用方面的一个缺点，在控制器的输出变化量 相同的情况下，Kp越大，即比例度越小，余差也越小。但是，若Kp 过分大，系统容易振荡，甚至发散。此外，余差的大小还与扰动的 幅值有关，若为阶跃扰动，其幅值越大，在相同Kp下，余差也越大。 由于负荷的变化是系统的一种扰动，一次比例控制器一般实用于负荷 不大、允许有余差的系统。3.1 控制规律控制规律二、积分和比例积分控制规律 当对控制质量有更高要求时，就需要在比例控制的基础上，再加上能消除余差的积分控制作用。 积分作用：积分作用：输出与偏差对

6、时间的积分成比例输出与偏差对时间的积分成比例关系，即关系，即 dtDTMVIV1式中式中Ti 积分时间。积分时间。3.1 控制规律控制规律0Dv0MvMv0t1ttt方波信号下积分作用的响应方波信号下积分作用的响应3.1 控制规律控制规律比例积分控制规律：比例积分控制规律：)1(dtDTDKMVIVpVDv0Mv0ttCKPTi比例积分控制器阶跃响应曲线比例积分控制器阶跃响应曲线 C比例积分控制器对于多数系统都可采用，具有消除余差和动作快的特点。两个参数均可调整。3.1 控制规律控制规律三、微分和比例微分控制规律三、微分和比例微分控制规律比例作用根据偏差的大小进行自动控制，积分作用可以比例作用

7、根据偏差的大小进行自动控制，积分作用可以消除被控变消除被控变 量的余差。量的余差。 对于一般控制系统来说，对于一般控制系统来说， 使用使用比例积分作用已经能满足生比例积分作用已经能满足生 产过程自动控制的要求了。产过程自动控制的要求了。 但是对一些要求比较高自动控制系统，常希望根据但是对一些要求比较高自动控制系统，常希望根据被控被控变量变化的趋势，变量变化的趋势， 而采取控制措施，而采取控制措施， 防止被控变量产生防止被控变量产生 过大的偏差。为此可使用具有微分作用控制规律的控制过大的偏差。为此可使用具有微分作用控制规律的控制器。器。3.1 控制规律控制规律l微分控制规律微分控制规律 所谓被控

8、变量的变化趋势，就是偏差变化的速度。控所谓被控变量的变化趋势，就是偏差变化的速度。控制器微分作用的输出与偏差变化的速度成正比，可用下式制器微分作用的输出与偏差变化的速度成正比，可用下式表示表示dtdDTMVDV式中式中 dtdDV为偏差变化的速度；为偏差变化的速度； DT 为微分时间。为微分时间。 l比例微分控制规律比例微分控制规律)(dtdDTDKMVDVPV3.1 控制规律控制规律0VMtt比例微分控制器的阶跃响应曲线比例微分控制器的阶跃响应曲线DvC0CKPDDKT /%2 .63%1003.1 控制规律控制规律3.1 控制规律控制规律四、比例积分微分控制规律四、比例积分微分控制规律)1

9、(dtdDTdtDTDKMVDVIVPV3.2 控制器控制器一、模拟控制器模拟控制器功能：功能：对偏差进行对偏差进行PID运算运算 偏差显示偏差显示 输出显示输出显示 提供内给定信号调整及内、外给定的选择提供内给定信号调整及内、外给定的选择 正、反作用的选择正、反作用的选择 手动操作与手动手动操作与手动/自动双向切换自动双向切换正作用与反作用 输出信号随输入信号的增加而增加的环输出信号随输入信号的增加而增加的环节称为正作用环节节称为正作用环节 输出信号随输入信号的增加而减小的环输出信号随输入信号的增加而减小的环节称为反作用环节节称为反作用环节 例如：对于调节器来说，测量值增大，例如：对于调节器

10、来说，测量值增大，输出增大，称为正作用调节器输出增大，称为正作用调节器能否构成负反馈系统和系统中各环节能否构成负反馈系统和系统中各环节的特性有关的特性有关 进进料料口口执执行行器器变变送送器器液位调节器液体储槽液位变送器+SP执行器“反”“正”“正”“正”“反”“反”由于被控对象和执行器的特性是由实际的由于被控对象和执行器的特性是由实际的工艺现场条件决定的，所以应当通过控制工艺现场条件决定的，所以应当通过控制器的正、反作用特性来满足系统负反馈的器的正、反作用特性来满足系统负反馈的要求。要求。 3.2 控制器控制器3.2 控制器控制器某型调节器正面图1自动-软手动-硬手动切换开关；2双针垂直指示

11、器；3内给定设定轮；4输出指示器；5硬手动操作杆；6软手动操作板键；7外给定指示灯；8阀位指示器；9输出记录指示；10位号牌；11输入检测插孔；12手动输出插孔3.2 控制器控制器3.2 控制器控制器组成：主要由输入电路、给定电路、PID运算电路、自动与手动（包括硬手动和软手动两种）切换电路、输出电路及指示电路等组成。3.2 控制器控制器二、数字控制器二、数字控制器特点：特点：1、3.2 控制器控制器3.2 控制器控制器3.2 控制器控制器3.2 控制器控制器3.2 控制器控制器3.2 控制器控制器以微处理器（以微处理器（CPU）为核心构成的硬件电路）为核心构成的硬件电路由系统程序、用户程序构

12、成的软件由系统程序、用户程序构成的软件3.2 控制器控制器多为单片机，是数字式调节器的核心，用于实现仪表数据运算处理，各组成部分之间的管理。ROM：存放系统程序EPROM：存放用户程序 RAM ：存放输入数据、显示数据、运算的中间值、结果CTC的定时功能用来确定调节器的采样周期等等 3.2 控制器控制器3.2 控制器控制器 将多个模拟量输入信号分别转换为将多个模拟量输入信号分别转换为CPU所接所接受的数字量。受的数字量。 多路模拟开关将多个模拟量输入信号分别连多路模拟开关将多个模拟量输入信号分别连接到采样保持器。接到采样保持器。 采样保持器具有暂时存储模拟输入信号的采样保持器具有暂时存储模拟输

13、入信号的作用。作用。 AD转换器的作用是将模拟信号转换为相转换器的作用是将模拟信号转换为相应的数字量。应的数字量。3.2 控制器控制器开关量指的是在控制系统中电接点的通开关量指的是在控制系统中电接点的通与断，或者逻辑电平为与断，或者逻辑电平为“1”与与“0”这类这类两种状态的信号。两种状态的信号。开关量输入通道将多个开关输入信号转开关量输入通道将多个开关输入信号转换成能被计算机识别的数字信号。换成能被计算机识别的数字信号。开关量输入通道将多个开关输入信号转开关量输入通道将多个开关输入信号转换成能被计算机识别的数字信号。换成能被计算机识别的数字信号。3.2 控制器控制器依次将多个运算处理后的数字

14、信号进行依次将多个运算处理后的数字信号进行数模转换。数模转换。D/A转换器起数模转换作用。转换器起数模转换作用。VI转换器将转换器将15V的模拟电压信号转换的模拟电压信号转换成成420mA的电流信号。的电流信号。3.2 控制器控制器开关量输出通道通过锁存器输出开关量开关量输出通道通过锁存器输出开关量（包括数字、脉冲量）信号，以便控制（包括数字、脉冲量）信号，以便控制 继电器触点和无触点开关的接通与释放，继电器触点和无触点开关的接通与释放，也可控制步进电机的运转。采用光电耦也可控制步进电机的运转。采用光电耦合器件作为输出电路进行隔离传输合器件作为输出电路进行隔离传输 3.2 控制器控制器将欲发送

15、的数据转换成标准通信格式的数字信将欲发送的数据转换成标准通信格式的数字信号，经发送电路送至通信线路（数据通道）上；号，经发送电路送至通信线路（数据通道）上；同时通过接收电路接收来自通信线路的数字信同时通过接收电路接收来自通信线路的数字信号，将其转换成能被计算机接受的数据。号，将其转换成能被计算机接受的数据。工业控制网络及仪表的通信方式基本上都采用工业控制网络及仪表的通信方式基本上都采用 ： 原因：实施方便、成本低、适于远距离传输实施方便、成本低、适于远距离传输 3.2 控制器控制器构成：系统程序系统程序: 系统程序是调节器软件的主体部分系统程序是调节器软件的主体部分通常由监控程序通常由监控程序

16、 和功能模块两部分组成和功能模块两部分组成 。数字式调节器的软件分为数字式调节器的软件分为和和两大部分两大部分 用户程序用户程序: 用户程序是用户根据控制系统要求，在系统程序用户程序是用户根据控制系统要求，在系统程序中选择所需要的功能模块，并将它们按一定的规中选择所需要的功能模块，并将它们按一定的规则连接起来的结果。则连接起来的结果。作用：使调节器完成预定的控制与运算功能。作用：使调节器完成预定的控制与运算功能。一般来说，数字调节器需要完成以下一些任务：一般来说，数字调节器需要完成以下一些任务：监控程序使调节器各硬件电路能正常工作监控程序使调节器各硬件电路能正常工作并实现所规定的功能，同时完成

17、各组成部并实现所规定的功能，同时完成各组成部分之间的管理。分之间的管理。3.2 控制器控制器用户可以选择所需要的功能模块以构成用户程用户可以选择所需要的功能模块以构成用户程序，使调节器实现用户所规定的功能。序，使调节器实现用户所规定的功能。调节器提供的功能模块主要有调节器提供的功能模块主要有 ：3.2 控制器控制器用户程序的编程通常采用面向过程用户程序的编程通常采用面向过程POL语言语言(Procedure-Oriented Language)。 编程方式简单易学。编程方式简单易学。用户根据控制系统要求，选择所需要的功能模块，并按用户根据控制系统要求，选择所需要的功能模块，并按一定的规则连接起

18、来，使调节器完成预定的控制与运算一定的规则连接起来，使调节器完成预定的控制与运算功能。用户程序的编制过程也称为功能。用户程序的编制过程也称为“组态组态” 。调节器的编程工作是通过专用的编程器进行的，有调节器的编程工作是通过专用的编程器进行的，有“在在线线”和和“离线离线”两种编程方法。两种编程方法。3.2 控制器控制器特点总结：特点总结：3.2 控制器控制器3.2 控制器控制器三、可编程序逻辑控制器Programmable logic Controller 3.3 执行器执行器 气动执行器 电-气转换器及电-气阀门定位器 电动执行器 数字阀与智能控制阀 控制阀的调节机构节流原理性能指标工作性能

19、指标 执行器的选择和使用气动薄膜直通单座阀气动薄膜直通双座阀气动蝶阀气动球阀气动切断阀电动直通单座阀电动隔膜阀电动三通阀气动薄膜角形阀电磁阀手动截止阀3.3 执行器执行器执行器是指：阀门调节阀执行器是指：阀门调节阀( (连续的连续的) )、开关阀、开关阀( (过程控制范畴过程控制范畴) ) 电机连续的、开关的电机连续的、开关的( (属于流体机械的范畴，起执行器的作用属于流体机械的范畴，起执行器的作用) )执行器是控制系统必不可少的环节执行器是控制系统必不可少的环节。执行器工作，使用条件恶劣，执行器工作，使用条件恶劣，它也是控制系统最薄弱的环节它也是控制系统最薄弱的环节原因：执行器与介质（操作变

20、量）直接接触原因：执行器与介质（操作变量）直接接触 ( (强强) )腐蚀性、腐蚀性、( (高高) )粘度、粘度、( (易易) )结晶、结晶、 高温、深冷、高压、高差压高温、深冷、高压、高差压 执行器在自控系统中的作用：接收调节器（计算机）输出的控制信号，执行器在自控系统中的作用：接收调节器（计算机）输出的控制信号，使调节阀的开度产生相应变化，从而达到使调节阀的开度产生相应变化，从而达到调节调节操作变量流量操作变量流量的目的。的目的。 3.3 执行器执行器作用：接收控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内（从而实现对过程参数的自动控制）。 接受控

21、制器输出的控制信号，转换成直线位移或角位移，来改变调节阀的流通截面积。3.3 执行器执行器分类： 气动执行器：以压缩空气为能源的气动执行器（即气动调节阀），气动执行器的输入信号为20100kPa； 电动执行器：以电为能源的电动执行器（即电动调节阀），电动执行器的输入信号为420mA DC； 液动执行器：以高压液体为能源的液动执行器（即液动调节阀）。 气动薄膜调节阀的外形和内部结构气动薄膜调节阀的外形和内部结构1薄膜薄膜 2平衡弹簧平衡弹簧 3阀杆阀杆 4阀芯阀芯 5阀体阀体 6阀座阀座PO气气动动执执行行机机构构调调节节机机构构1234563.3 执行器执行器执行器的构成： 。辅助装置：阀门定

22、位器 和 手动操作机构 根据控制信号产生推力(薄膜、活塞、马达)。 它是执行器的推动装置，它按控制信号的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号的大小转换为阀杆位移的装置 根据推力产生位移或转角，改变开度。 它是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量。所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置 手轮机构的作用是当控制系统因停电、停气、控制器无输出或执行机构失灵时，利用它可以直接操纵控制阀，以维持生产的正常进行。 气动薄膜式执行机构基本结构和工作原理气源 PO气源PO3.3 执行器执行器气动力矩平衡式阀门定位器要将正作用改装成反作用，只要把波纹管的位置从主杠杆的右侧

23、调到左侧即可。 3.3 执行器执行器电气阀门定位器作用： 1.将420mA或010mA转换为气信号，用以控制气动调节阀 2.它还能够起到阀门定位的作用 当输入当输入IO 对主杠杆对主杠杆2产生向左的力产生向左的力F1 主杠杆绕支点反时针偏转主杠杆绕支点反时针偏转 挡板挡板13靠近喷嘴靠近喷嘴15 Pa 使阀杆向下移动使阀杆向下移动并带动反馈杆并带动反馈杆9绕支点绕支点4偏转偏转凸轮凸轮5也跟着逆时针偏转也跟着逆时针偏转从而使反馈弹簧从而使反馈弹簧11拉伸拉伸 最终使阀门定位器达到平衡状态。此时最终使阀门定位器达到平衡状态。此时，一定的信号压力就对应于一定的阀杆位，一定的信号压力就对应于一定的阀

24、杆位移，即对应于一定的阀门开度。移，即对应于一定的阀门开度。 Pa0.14MPaKiIoFiliMiK1PaK2LKfFflfMf原理和前面两种阀门定位器很相似 3.3 执行器执行器3.3 执行器执行器电动执行机构构成原理 电动控制阀 电动控制阀数字阀是一种位式的数字执行器，由一系列并联是一种位式的数字执行器，由一系列并联安装而且按二进制排列的阀门所组成。安装而且按二进制排列的阀门所组成。 3.3 执行器执行器8位二进制数字阀原理图高分辨率 高精度 反应速度快，关闭特性好。 直接与计算机相连。 没有滞后、线性好、噪声小。 3.3 执行器执行器智能控制阀 集常规仪表的检测、控制、执行等作用于一身

25、，具有智能化的控制、显示、诊断、保护和通信功能，是以控制阀为主体，将许多部件组装在一起的一体化结构。 控制智能 通信智能 诊断智能 3.3 执行器执行器直通双座调节阀直通双座调节阀直通单座调节阀直通单座调节阀 笼式（套筒）调节阀笼式（套筒）调节阀 角型调节阀角型调节阀 三通调节阀三通调节阀 高压调节阀高压调节阀隔膜调节阀隔膜调节阀波纹管密封调节阀波纹管密封调节阀超高压调节阀超高压调节阀小流量调节阀小流量调节阀低噪音调节阀低噪音调节阀直直行行程程式式调调节节机机构构角角 行行程程式式调调节节机机构构 蝶阀蝶阀凸轮挠曲调节阀凸轮挠曲调节阀V型球阀型球阀O型球阀型球阀 3.3 执行器执行器 调节机构

26、的种类：流体对上下阀芯的推力流体对上下阀芯的推力方向相反、大小相等。方向相反、大小相等。流通能力大于同口径单流通能力大于同口径单座阀，上下阀不易同时座阀，上下阀不易同时关闭，泄露量大，不适关闭，泄露量大，不适于高粘度含颗粒场所于高粘度含颗粒场所阀体为直角，适于阀体为直角，适于高粘度含颗粒的流高粘度含颗粒的流体，流向分为底进体，流向分为底进侧出和侧进底出两侧出和侧进底出两种种。适于高粘度含适于高粘度含颗粒场所；耐颗粒场所；耐腐蚀性强。介腐蚀性强。介质用隔膜与外质用隔膜与外界隔离，流体界隔离，流体不会泄露。不会泄露。翻板阀，适用于低压差和翻板阀，适用于低压差和大流量气体，也可用于含大流量气体，也可

27、用于含少量悬浮物或粘度不大的少量悬浮物或粘度不大的液体，但泄露量大液体，但泄露量大适用于纤维、纸浆适用于纤维、纸浆和含颗粒的介质和含颗粒的介质转动球体可起到调节转动球体可起到调节和切断作用，常用于和切断作用，常用于位式控制位式控制偏心旋转阀，阀芯呈扇形面偏心旋转阀，阀芯呈扇形面状，与挠曲臂和轴套一起铸状，与挠曲臂和轴套一起铸成，固定在转动轴上。适用成，固定在转动轴上。适用于粘度大及一般场合于粘度大及一般场合笼式阀，阀内有一圆笼式阀，阀内有一圆柱形套筒或称笼子，柱形套筒或称笼子，内有阀芯，利用套筒内有阀芯，利用套筒作导向上下移动，可作导向上下移动，可改变孔的流通面积，改变孔的流通面积，特别适用于

28、噪音要求特别适用于噪音要求高和差压较大的场合高和差压较大的场合 调节机构的节流原理： 恢复因子FL： 1、PVCPV；2、 PVCPV；3、 PVCPV121LVCPPFPP调节阀的流量特性调节阀的流量特性 调节阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对调节阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量和阀门相对开度之间的关系。即：流量和阀门相对开度之间的关系。即：3.3 执行器执行器调节阀的流量特性（1）)(maxLlfQQ理想流量特性：理想流量特性：压差固定的情况下得出的流量特性。它取压差固定的情况下得出的流量特性。它取决于阀芯的形状，是调节阀的固有流量特性。决于阀芯的形状，是调节阀的固有流量特性

29、。 常用的典型理想流量特性有四种：常用的典型理想流量特性有四种： 当调节阀开度变化时，阀前后的压差也会变化，而压差变当调节阀开度变化时，阀前后的压差也会变化，而压差变化又将引起流量的变化。调节阀的流量特性分为理想流量特性化又将引起流量的变化。调节阀的流量特性分为理想流量特性和工作流量特性。和工作流量特性。直线特性直线特性：相对流量与相对行程成直线关系，即流量与阀芯相对流量与相对行程成直线关系，即流量与阀芯位移呈直线关系。位移呈直线关系。对数特性对数特性（等百分比流量特性）（等百分比流量特性）：相对位移与相对流量间成相对位移与相对流量间成对数关系，流量的特性曲线的斜率是随流量的增大而增大，点对数

30、关系，流量的特性曲线的斜率是随流量的增大而增大，点流量相对变化值是相等的，即流量变化的百分比是相等的。流量相对变化值是相等的，即流量变化的百分比是相等的。快开特性快开特性：在开度小时有较大的流量，随着开度增大，流量在开度小时有较大的流量，随着开度增大，流量很快达到最大值，此后再增大开度，流量变化很小。没有一定很快达到最大值，此后再增大开度，流量变化很小。没有一定的数学表达式。的数学表达式。抛物线特性抛物线特性：相对流量与相对行程之间存在抛物线关系。：相对流量与相对行程之间存在抛物线关系。各种阀门都有自己的流量特性，隔膜阀接近于快开特性，但各种阀门都有自己的流量特性，隔膜阀接近于快开特性，但工作

31、段应在位移的工作段应在位移的60%60%以下，蝶阀接近于等百分比特性，均不以下，蝶阀接近于等百分比特性，均不能通过改变阀芯的曲面形状来改变其特性，只能靠改变定位器能通过改变阀芯的曲面形状来改变其特性，只能靠改变定位器凸轮的外形来实现。凸轮的外形来实现。工作流量特性工作流量特性：实际应用中调节阀在工作时其前后压差是变化的，实际应用中调节阀在工作时其前后压差是变化的，此时获得的流量特性为工作流量特性。此时获得的流量特性为工作流量特性。使用时调节阀总是与其它阀门、设备、管道等并联使用时调节阀总是与其它阀门、设备、管道等并联或串联，使其两端压差随流量变化而变化，结果使调或串联，使其两端压差随流量变化而

32、变化，结果使调节阀的工作流量特性不同于理想流量特性。节阀的工作流量特性不同于理想流量特性。3.3 执行器执行器不同流量特性的阀芯形状：1快开；2直线；3抛物线；4等百分比 在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。它取决于阀芯的形状 指控制阀的相对流量与相对开度成直线关系。KLldQQdmax（2）3.3 执行器执行器CLlKQQmax将（2）积分可得（3）：l=0时，Q=Qmin; l=L时Q=Qmax把边界条件代入式（3），可分别得RCKRQQC111,1maxmin（4） Qmin不等于控制阀全关时的泄漏量，一般是不等于控制阀全关时的泄漏量，一般是Qmax的的2 24

33、4。将式（4）代入式（3），可得LlRRQQ111max 3.3 执行器执行器3.3 执行器执行器指单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系。maxmaxQQKLldQQd1maxLlRQQmaxmaxQQKLldQQdCLlKQQmaxlnRKRRQQCln,ln1lnlnmaxmin1maxLlRQQ积分 将边界条件代入 : l=0时，Q=Qmin; l=L时Q=Qmax3.3 执行器执行器2max111LlRRQQ在实际生产中，控制阀前后压差总是变化的，这时的流量特性称为3.3 执行器执行器串联管道的情形 阀阻比S：总PPs1003.3 执行器执行器管道串联时控制阀

34、的工作特性3.3 执行器执行器控制阀一般都装有旁路，以便手动操作和维护。当生产量提高或控制阀选小了时，只好将旁路阀打开一些，此时控制阀的理想流量特性就改变成为工作特性。 X值：100100QQXV 以x代表并联管道时控制阀全开时的流量Q1max与总管最大流量Qmax之比，可以得到在压差p为一定时，而x为不同数值时的工作流量特性曲线。 并联管道时控制阀的工作特性3.3 执行器执行器 在实际使用中总存在着串联管道阻力的影响，控制阀上的压差还会随流量的增加而降低，使可调范围下降得更多些，控制阀在工作过程中所能控制的流量变化范围更小，甚至几乎不起控制作用。 采用打开旁路阀的控制方案是不好的，一般认为旁

35、路流量最多只能是总流量的百分之十几，即x值最小不低于0.8。 3.3 执行器执行器3.3 执行器执行器可调比：可调比：调节阀所能调节的最大流量和最小流调节阀所能调节的最大流量和最小流量之比量之比 minmaxQQR 调节阀前后压差的变化，会引起可调比变化，调节阀前后压差的变化，会引起可调比变化，将可调比分为将可调比分为理想可调比和实际可调比。理想可调比和实际可调比。理想可调比由理想可调比由结构设计决定，通常结构设计决定，通常R=30-50。 3.3 执行器执行器1000QRQ01001001000022PAPA串联管道时的实际可调比：R SS低耗能小，但可调范围下降。一般0.30.710010

36、01000002()2rPAQRQPA流量最大时阀门上的压降最小010000100.S PPRPP总给定开度下,调节阀前后压差为100KPa，选用密度为1000kg/m3 的流体（即540的水） ，则每小时通过阀门的流体量（m3）. 这里提出流量系数的概念，用意不在流量的计算上，真正目的是这里提出流量系数的概念，用意不在流量的计算上，真正目的是根据工艺要求如何来选择一台合适的调节阀。根据工艺要求如何来选择一台合适的调节阀。 流量系数：流量系数：3/100010022mkgkPaAPAC额定流量系数：调节阀在全开时，每小时通过阀门的流体量（m3） 设调节阀前后压差为P(KPa)，密度为(kg/m

37、3) , 流量为Q（m3），pCQ10pQC10u串、并联管道都会使阀的理想流量特性发生畸变，串联管道的影响尤为严重。u串、并联管道都会使控制阀的可调范围降低，并联管道尤为严重。u串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统总流量增加。u串、并联管道会使控制阀的放大系数减小，即输入信号变化引起的流量变化值减少。 3.3 执行器执行器结论：执行器的选用是否得当，将直接影响控制系统的控制质量、安执行器的选用是否得当，将直接影响控制系统的控制质量、安全性和可靠性全性和可靠性 执行器的选择，主要是从以下三方面考虑：执行器的选择，主要是从以下三方面考虑：1.1.调节阀的结构形式；调节阀的结构形式；2.2.调

38、节阀的流量特性；调节阀的流量特性；3.3.调节阀的口径。调节阀的口径。执行机构的选择执行机构的选择 比较项目气动薄膜执行机构电动执行机构可靠性高（简单、可靠）较低驱动能源需另设气源简单方便价格低高输出力大小刚度小大防爆好差工作环境大（4080）小（1055）气开式调节阀:有信号压力输入时阀打开 无信号压力时阀全关气关式调节阀:有信号压力时阀关闭 无信号压力时阀全开气开气关的选择考虑原则是： 信号压力中断时，应保证设备和操作人员的发全，如阀门处于打开位置时危害性小，则应选用气关式；反之，则用气开式。 反作用气关式气关式气开式气开式反作用正作用正作用序号执行机构控制阀气动执行器（a）（b）（c）（

39、d）正正反反正反正反气关（正）气开（反）气开（反）气关（正）主要依据是主要依据是：流体性质： 如流体种类、粘度、腐蚀性、是否含悬浮颗粒工艺条件： 如温度、压力、流量、压差、泄漏量过程控制要求： 控制系统精度、可调比、噪音 根据以上各点进行综合考虑，并参照各种调节机构的特点及其适用场合，同时兼顾经济性，来选择满足工艺要求的调节机构。实际上是指如何选择直线特性和等百分比特性实际上是指如何选择直线特性和等百分比特性 适当地选择调节阀的特性，以阀的放大系数的变化来补偿控制对象放适当地选择调节阀的特性，以阀的放大系数的变化来补偿控制对象放大系数的变化，使控制系统总的放大系数保持不变或近似不变大系数的变化

40、，使控制系统总的放大系数保持不变或近似不变（1 1）考虑系统的控制品质）考虑系统的控制品质（2 2）考虑工艺管道情况）考虑工艺管道情况调节阀在串联管道时的工作流量特性与调节阀在串联管道时的工作流量特性与S S值的大小有关，即与工艺配管情值的大小有关，即与工艺配管情况有关。因此，在选择其特性时，还必须考虑工艺配管情况。况有关。因此，在选择其特性时，还必须考虑工艺配管情况。直线特性调节阀在小开度时流量相对变化值大，控制过于灵直线特性调节阀在小开度时流量相对变化值大，控制过于灵敏，易引起振荡，且阀芯、阀座也易受到破坏，因此在敏，易引起振荡，且阀芯、阀座也易受到破坏，因此在S S值小、值小、负荷变化大的场合，不宜采用。等百分比特性调节