GB
N 16
中华人民共和国国家标准
GB/T17213.18—2015/IEC60534-9:2007
工业过程控制阀 第9部分：阶跃输入响应测量的试验程序
Industrial-process control valves-
Part 9:Test procedure for response measurements from step inputs
(IEC60534-9:2007,IDT)
2016-07-01实施
2015-12-10发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准花管理委员会 发布 GB/T17213.18—2015/IEC60534-9:2007
前言
GB/T17213《工业过程控制阀》分为以下部分：
第1部分：控制阀术语和总则（GB/T17213.1）第2-1部分：流通能力安装条件下流体流量的计算方程式（GB/T17213.2）；第2-3部分：流通能力试验程序（GB/T17213.9）；第2-4部分：流通能力固有流量特性和可调比（GB/T17213.10）；第2-5部分：流通能力流体流经级间恢复多级控制阀的计算公式（GB/T17213.17)；
-
- 第3-1部分：尺寸两通球形直通控制阀法兰端面距和两通球形角形控制阀法兰中心至法兰
端面的间距（GB/T17213.3）；第3-2部分：尺寸角行程控制阀（蝶阀除外）的端面距(GB/T17213.11）；一第3-3部分：尺寸对焊式两通球形直通控制阀的端距（GB/T17213.12）；第4部分：检验和例行试验（GB/T17213.4）；第5部分：标志（GB/T17213.5）；第6-1部分：定位器与控制阀执行机构连接的安装细节定位器在直行程执行机构上的安装 (GB/T17213.6); 第6-2部分：定位器与控制阀执行机构连接的安装细节定位器在角行程执行机构上的安装
-
-
(GB/T17213.13); 第7部分：控制阀数据单（GB/T17213.7）；一第8-1部分：噪声的考虑实验室内测量空气动力流流经控制阀产生的噪声（GB/T17213.8）；
第8-2部分：噪声的考虑实验室内测量液动流流经控制阀产生的噪声(GB/T17213.14)；第8-3部分：噪声的考虑空气动力流流经控制阀产生的噪声预测方法（GB/T17213.15)；第8-4部分：噪声的考虑液动流流经控制阀产生的噪声预测方法（GB/T17213.16）；第9部分：阶跃输人响应测量的试验程序（GB/T17213.18）。
本部分为GB/T17213的第9部分。 本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本部分使用翻译法等同采用IEC60534-9：2007《工业过程控制阀第9部分：阶跃输人响应测量的
试验程序》。
与本标准中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：
GB/T17213.1一2015工业过程控制阀第1部分：控制阀术语和总则（IEC60534-1：2005， IDT); -GB/T17213.42015 5工业过程控制阀第4部分：检查和例行试验（IEC60534-4：2006， IDT)。
本部分由中国机械工业联合会提出。 本部分由全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会（SAC/TC124)归口。 本部分负责起草单位：上海工业自动化仪表研究院。 本部分参加起草单位（按汉语拼音顺序排列）：艾默生过程管理（天津）阀门有限公司、重庆川仪调节
阀有限公司、重庆世壮仪器仪表有限公司、富阳南方阀业有限公司、杭州良工阀门有限公司、上海阀特流体控制阀门有限公司、上海自仪股份自动化仪表七厂、天津精通控制仪表技术有限公司、无锡智能自控工程股份有限公司、昊忠仪表有限责任公司、浙江澳翔自控科技有限公司、浙江派沃自控仪表有限公司、
L GB/T 17213.18—2015/IEC 60534-9:2007 浙江三方控制阀股份有限公司、浙江永盛仪表有限公司、浙江中德自控阀门有限公司。
本部分主要起草人：王炯、李明华、廖建民、李展其、沈剑标、沈惟、张世淑、张德贤、范萍、蔡加潮、 杨建文、何文光、王汉克、张永亮、马玉山、左兵、高强、林锋、巴荣明、许春良、陈彦、孟少新、陈大军、 蔡克坚、蒋唐锦、李俊、蔡东武，
Ⅱ GB/T17213.18—2015/IEC60534-9:2007
工业过程控制阀第9部分：阶跃输入响应测量的试验程序
1范围
GB/T17213的本部分确定了在闭环控制环境中起调节作用的控制阀的阶跃响应的试验和报告。 控制阀由一个完整、待用的控制阀阀体组件，执行机构以及必要的附件组成。最常见的附件为阀门定位器。
注：相关背景见技术报告ANSI/ISA-TR75.25.02［6J"。 本部分的目的是确定在开环环境下如何试验、测量及报告控制阀的响应特性，用于判断过程控制环
境中的控制阀对于阀门输入信号的反应速度和准确度。
本部分不确定过程控制中的控制阀性能的可接受性，也不限制任何应用环境中的控制阀的选择。
如果本部分用于评定或验收试验，各方可以药定接照此要求记录变化。
本部分也可适用于某些开环控制应用场合，但本部分试验方法的依据是特别针对闭环反馈控制回
路。本部分不涉及开关功能的控制阀。
本部分所规定的试验可能不足以测量所有应用环境所要求的性能。也不是所有控制阀的应用环境都需要进行本试验。
规范性引用文件
2
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
IEC60534-1工业过程控制阀第1部分：控制阀术语和总则（Industrial-processcontrol valvesPartl:Controlvalveterminologyandgeneralconsideration)
IEC60534-4工业过程控制阀第4部分：检验和例行试验（Industrial-processcontrolvalves Part 4: Inspection and routine testing)
3术语和定义
IEC60534-1及IEC60534其他部分中界定的术语和定义以及下列术语和定义适用于本文件。 注1：在非线性动力学的特定领域，IEC60050-351和参考文献[5]中定义的一些术语有失准确。还有一些术语与非
线性控制文献中使用的术语不一致。
注2：参考文献[6]解释了适用的术语并研究了对过程控制有重要意义的控制阀的静态和动态响应特性。这些信息
有助于正确解释和应用从本标准确定的试验中获取的试验结果。
1）方括号内的数字指参考文献。
1 GB/T17213.18—2015/IEC 60534-9:2007
输出
ta a<分辨力≤
输入
<死区≤d
振幅
时间
不显示动态
图1死区和分辨力
3.1
闭环时间常数closed-looptimeconstant 在内部模型控制（IMC)和入整定法等整定方法中使用的控制回路的闭环响应时间常数，是评价控
制回路性能的指标。 3.2
死区deadband 输人变量的反向变化不至引起输出变量有任何可察觉变化的有限数值区间（见图1）。 ［IEC60534-4，定义3.2]
3.3
时滞deadtime td 从输人变量产生变化的瞬时起，至输出变量开始变化的瞬间为止的时间间隔。
3.4
动态响应dynamicresponse 由指定的随时间变化的输入信号变化引起随时间变化的输出信号发生变化。 注：通常输人信号的变化采用脉冲、脉冲压缩、阶跃、斜坡和正弦波[4。动态指控制阀处于运动状态。动态响应的
测量可在试验台上无负裁进行测量，或在流量实验室中使用模拟或实际负载进行测量，也可在实际工作环境中测量。
3.5
增益比 gainratio GR 2 GB/T17213.18—2015/IEC60534-9:2007
响应增益Gz与特定的参比响应增益Gz02之比。响应增益Gz02由阶跃大小为2%的多阶跃试验确定。在正常位置进行试验的理想增益比为1.0。
GR=Gz/G202 注：如果系统中使用了带脉冲调制输出的数字定位器则可能无法测量增益比，因为这种定位器的增益测量会得到
一个无穷的数值。
3.6
输入阶跃大小inputstepsize △s 阶跃变化中开始信号和结束信号之差，以信号量程的百分比表示。
3.7
极限环limitcycle 反馈系统的非线性特性引起的振荡。 注3：即使反馈回路的输人变化为零，这些振荡依然一直存在，并且有固定额率和振幅。在线性系统中，理论上会有
不稳定的振荡出现，并且振幅会无限增大，而非线性系统中则可以限制振幅的增长[3]。
注4：极限环是否存在取决于即时阀位。
3.8
非线性系统 non-linearsystem 响应取决于振幅、输入信号的特性以及系统初始环境的系统。例如，非线性系统可以通过改变输入
信号的大小使其从稳定变为不稳定。
注：当非线性系统运行到反馈控制环节的设定点，可能会出现极限环。极限环振幅和频率是非线性系统的特征函
数，也是反馈控制作用的影响增益。反馈增益增大时，相应的极限环的频率也要增大。过多的增益增加会导致分岔、频率加倍、最终导致混乱无序的状态。
3.9
超调（量）overshoot 对于阶跃响应，为偏离输出变量的最终稳态值的最大瞬时偏差，通常以最终稳态值和初始稳态值之
差的百分比表示。 3.10
相对行程 relative travel h 某一指定位置的行程与额定行程之比。
3.11
分辨力resolution 能造成输出信号可见变化的输入信号在一个方向上的最小阶跃增量，以输人量程的百分比表示（见
图1)。
注：本部分所用的术语“阀门分辨力”指同一方向上输入信号的阶跃变化造成控制阀有限阶跃移动的趋势。这发生
在控制阀在上一次阶跃变化中停止移动并且依旧静止的情况中。
3.12
阶跃响应stepresponse 输人的阶跃变化引起过程变量（△Z)随时间的变化。在本部分中，阶跃响应可以是阀杆位置、流量
或其他过程变量。 3.13
响应流量系数responseflowcoefficient CR 在工作环境下进行试验确定的表观流量系数。工作环境下取得的数据可能与阀门口径计算标准要
3 GB/T17213.18—2015/IEC60534-9:2007
求的实验室数据有所不同。
注5：目前流量系数的符号使用Kv和Cv，这取决于系统使用的单位，更多信息见IEC60534-1。 注6：下面确定的两个流量系数的单位和量纲都不一致，但可以用数字说明两个流量系数之间的关系，如下所示：
Kv =0.865
Cv
3.14
响应增益 fresponsegain Gz 过程变化的稳态量^Z与引起变化的信号阶跃△s之比。一个特定的参比响应增益是由2%大小
阶跃的响应时间试验中计算出的，可表示为G202。
Gz=Z/△s G202AZ02/AS02
3.15
菜样间隔 samplinginterval △ts 采样数据点之间的时间增量，它为采样频率f。的倒数。 At=1/f。 注：由于本部分进行采样的变量会超过一种，因此这里指采用数据组之间的时间间隔。理想情况下，同一组的所有
变量为同时进行采样。如果数据是采用模拟设备记录的，那么记录设备的时间常数宜不大于最大允许△t：。
3.16
采样频率 samplingrate f。 进行数据采样的频率，或者单位时间采样的数量（见3.15）。
3.17
滑动摩擦 slidingfriction Fr或Tr 在指定输人信号变化率的情况下，在任一方向上维持运动所需的力或转矩。
3.18
静态 static 没有位移和变化[4；在装置停止移动后记录读数。静态性能的测量可在试验台上无负载进行测
量，或在流量实验室中使用模拟或实际负载进行测量，也可在实际工作环境中测量。
注：此实验有时候称作动态试验[4，容易造成混滑。作为重要的阀门性能的静态行为特性，有死区、分辨力、和阀
行程增益。
3.19
稳态 steadystate 当所有瞬时影响消除，同时所有输人变量保持恒定时，系统所维持的状态。
3.20
阶跃变化 stepchange 为了仿真动态系统的阶跃响应而施加在动态系统的输人信号上的瞬时变化。此种试验用于表征动
态系统的阶跃响应特性。 3.21
阶跃变化时间 step changetime △t sc 从信号输入阶跃开始，到达到其最大值的时间。
4 GB/T17213.18—2015/IEC60534-9:2007
3.22
阶跃试验steptest 为了测试动态阶跃响应而对输人信号施加一个阶跃变化的试验。
3.23
阶跃响应时间stepresponsetime t86 从输人信号产生阶跃变化开始到动态响应达到最高稳态值的86.5%的时间间隔。阶跃响应时间包
括动态响应之前的时滞。 3.24
静态阻力（静摩擦）stiction（staticfriction）开始发生位移的阻力，通过测量克服上、下行静摩擦力的驱动力值之差获得5」。
3.25
时间常数 time constant t 由输人变量的阶跃变化引起的一阶线性系统输出的变化达到总变化的63.2%（即1-1/e)所需的
时间。
注：在本标准中的此术语用于描述模拟测量装置的动态特性。 3.26
阀行程增益 valvetravelgain 以满量程百分比表示的截流件位置的变化与以满量程百分比表示的输入信号的变化之比。 G=△X/△s
3.27
阀门系统近似时间常数valvesystemapproximatetimeconstant t' 无时滞的一阶响应的时间常数，可适用于实际控制阀阶跃响应。近似时间常数可作为与其他时间
常数（例如：控制回路的闭环时间常数）比较的一个基准。
注1：一阶系统在两个时间常数可以达到最终阶跃响应值的86.5%；近似时间常数为阶跃响应时间t86的一半。 注2：使用近似时间常数并不意味着控制阀的响应是一阶的。控制阀的阶跃响应较为复杂，起初有时滞，接着是潜
在复杂的动态变化，最后到达稳态。ts6包含了响应初期的时滞及响应最后部分可能会出现的减速建立部分的时间。某些阀门定位器为了防止超调的出现会在最后部分减速运行，"提供了一个简化的线性时间常数来模拟控制阀的动态响应，它可以在同时间常数单位的基础下与闭环时间常数比较。由于仅是时间常数ts的一部分，不包含时滞，因此近似值与理想值会有差异。
3.28
等待时间 waittime Atw 输入阶跃变化后等待响应达到新稳态值的时间，
3.29
X-Y图 X-Yplot 输人漂移与输出漂移对应的图，输入-输出图有助于确定非线性的稳态特征值。
4符号
表1中的符号适用于本文件。
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