1 前言
電動(dòng)調(diào)節(jié)閥通常作為自動(dòng)控制系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，被用來(lái)對(duì)氣體的流量或壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。但是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的輸入和輸出之間的關(guān)系很難用一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)字模型來(lái)描述。這不僅是由于閥門(mén)輸出特性的非線性，而其由于流過(guò)閥門(mén)氣體的流量和閥門(mén)前后的壓降互相影響難以計(jì)算。以流量控制為例，當(dāng)閥門(mén)前后壓力固定時(shí)流量?jī)H與閥門(mén)的開(kāi)度有關(guān)，但在大多數(shù)情況下，當(dāng)閥門(mén)的閥位變化時(shí)，閥門(mén)前后壓力也會(huì)隨之變化，這就時(shí)流量增益的計(jì)算十分困難。事實(shí)上，由于閥門(mén)前后的壓力在擾動(dòng)因素的作用下也會(huì)發(fā)生波動(dòng)從而引起流量的變化，流過(guò)閥門(mén)氣體的流量與閥門(mén)的開(kāi)度不存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。由于數(shù)學(xué)模型的不確定，直接以閥板的開(kāi)度作為操縱變量不能很好地滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求，甚至可能導(dǎo)致事故的發(fā)生。然后盡管閥門(mén)的開(kāi)度與流量或壓降之間的解析關(guān)系不易得到，但是借助測(cè)量?jī)x表卻可以方便地對(duì)閥門(mén)在某一開(kāi)度下的流量或壓降進(jìn)行測(cè)量。
針對(duì)閥門(mén)的輸出易測(cè)量不宜計(jì)算的特點(diǎn)，步進(jìn)式控制不直接對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)，而是分若干個(gè)固定的步長(zhǎng)，使輸入信號(hào)一步一步地逼近設(shè)定量。在閥板轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步長(zhǎng)之后都對(duì)閥門(mén)的流量或壓降進(jìn)行一次測(cè)量，控制計(jì)算機(jī)根據(jù)測(cè)量值和設(shè)定值比較的結(jié)果，確定下一步閥板轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，直至測(cè)量值與設(shè)定值的差值小于規(guī)定誤差時(shí)為止。
2 步進(jìn)式控制的程序設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)定
步進(jìn)式控制的程序設(shè)計(jì)不涉及數(shù)學(xué)模型的分析和求解，因而相對(duì)比較簡(jiǎn)單，一般用梯形圖就可以實(shí)現(xiàn)。程序設(shè)計(jì)框圖見(jiàn)圖1。在程序設(shè)計(jì)中需要設(shè)定兩個(gè)參數(shù)，及步長(zhǎng)和采樣周期。這兩個(gè)參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)的精度和響應(yīng)速度影響較大，設(shè)定時(shí)應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)對(duì)控制精度和響應(yīng)速度的要求。
圖1 步進(jìn)式控制的程序框圖
2.1 步長(zhǎng)的設(shè)定
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可簡(jiǎn)化為由繼電環(huán)節(jié)和傳遞函數(shù)兩部分組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖2所示。這個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)是以電壓信號(hào) Us（即 I/V 轉(zhuǎn)換后的信號(hào)）為輸入，位置反饋信號(hào) Uf 為輸出。只要 |e|>h，伺服電機(jī)就會(huì)得到大小為 Ua 的供電電壓。這時(shí)的前向傳遞函數(shù)為：
式中，m 為 |e|>h 開(kāi)始的時(shí)刻，n 為 |e|>h 結(jié)束的時(shí)刻。
對(duì)式(1)進(jìn)行拉氏反變換，可以得到位置反饋信號(hào) Uf，即閥板位置的變化規(guī)律為：
圖2 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理
當(dāng)步長(zhǎng)較大，一個(gè)步長(zhǎng)所經(jīng)歷的時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，式中的非線性項(xiàng) e-(t-m) 和 e-(t-n) 對(duì)響應(yīng)速度的影響較小。反之非線性因素對(duì)響應(yīng)速度的影響較大。由此可見(jiàn)，步長(zhǎng)越小，控制精度越高，但響應(yīng)速度越慢。步長(zhǎng)的設(shè)定可以在系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程中根據(jù)對(duì)控制對(duì)象的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行，閥板轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步長(zhǎng)所引起的流量或壓降的最大變化量略小于系統(tǒng)允許余差的 2 倍即可。
