電動(dòng)二通調(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(xiàn)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。

電動(dòng)二通調(diào)節(jié)閥的輸出易測(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。 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。

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)，電動(dòng)二通調(diào)節(jié)閥如圖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：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(xiàn)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(xiàn)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大變化量略小于系統(tǒng)允許余差的 2 倍即可。 采樣周期的設(shè)定取決于步長(zhǎng)的設(shè)定。步長(zhǎng)越大，閥板轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步長(zhǎng)使控制對(duì)象從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)渡到下一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)所經(jīng)歷的時(shí)間越長(zhǎng)，相應(yīng)的也需要較長(zhǎng)的采樣時(shí)間。采樣周期的設(shè)定也可以在系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程中進(jìn)行，采樣周期應(yīng)略長(zhǎng)于閥板轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步長(zhǎng)所引起的閥門(mén)的輸出的變化達(dá)到穩(wěn)定值所需要的長(zhǎng)時(shí)間。 步進(jìn)控制法德余差與步長(zhǎng)的設(shè)置有關(guān)。如果按照一個(gè)步長(zhǎng)所引起的被空置量的大變化量略小于靜態(tài)允差的原則設(shè)置步長(zhǎng)，則不論電動(dòng)調(diào)節(jié)閥用于穩(wěn)定系統(tǒng)還是用于跟隨系統(tǒng)，其輸出的余差都不會(huì)大于系統(tǒng)的靜態(tài)允差。 由于計(jì)算機(jī)輸出的是固定的小增量，并且對(duì)應(yīng)于每一個(gè)這樣的小增量控制對(duì)象的變化量不大于靜態(tài)允差的 2 倍。故采用步進(jìn)控制法閥門(mén)輸出的超調(diào)量在數(shù)值上不大于系統(tǒng)的靜態(tài)允差。 因?yàn)殚y門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中慣性等因素的存在，使閥門(mén)在開(kāi)閉過(guò)程中存在非線(xiàn)性。按照常規(guī)的控制規(guī)律閥門(mén)每次在運(yùn)動(dòng)持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)，非線(xiàn)性的影響往往可以忽略不計(jì)。
在步進(jìn)式控制中，閥門(mén)的輸出達(dá)到設(shè)定量需要通過(guò)若干步長(zhǎng)才能完成。正是由于每一步中非線(xiàn)性項(xiàng)的累積影響，使得步進(jìn)式控制的響應(yīng)速度比其他控制方式慢，過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)。并且控制精度越高響應(yīng)速度越慢。圖3是假定閥門(mén)增益為常量 3，繼電環(huán)節(jié)輸出 Ua 為0.01，執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳遞函數(shù)為 1/N(s+1)，選取步長(zhǎng)為 0.01，采樣周期為 8s，步進(jìn)式控制對(duì)單位階躍輸入的響應(yīng)速度與直接響應(yīng)法得到相同輸出穩(wěn)態(tài)值時(shí)的響應(yīng)速度比較的 simulink 仿真圖(圖3)。從圖中可以看出前者的過(guò)渡時(shí)間約 260s，而后者的過(guò)渡時(shí)間僅約 80s，二者的響應(yīng)速度相差 2 倍以上。

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