第33卷第1期
文章编号：10069348(2016)01023906
计算机仿真
2016年1月
气动阀门粘滞模型仿真及控制系统振荡分析
李士哲，王印松，田靖雨，张涛
（华北电力大学控制与计算机工程学院，河北保定071003）
调节阀粘滞特性容易导致控制回路报荡，降低控制系统性能。针对气动调节阀的粘滞特性建立了双参数模型，并对典型的流量过程对象进行了仿真，基于仿真产生的调节阔输人输出时间序列，建立了调节阀的MV-OP图。仿真结果表明，MV-OP 图所拟合的阅直径大小与系统的报荡强度有关。在不同参数下，对系统的振离强度进行了量化，提出了有针对性的改递措施，并提高了系统的稳定性。
关键词：气动调节阀；粘滞特性；振荡；双参数模型
中图分类号：TP391.9
文献标识码：B
SimulationofPneumaticValvesStictionand
AnalysisofControlSystemOscillation
LI Shi-zhe,WANGYin-song,TIANJing-yu,ZHANGTao
(School of Control and Computer Engineering, North China Electric Power University, Baoding Hebei 071003, China) ABSTRACT:Pneumatic control valves are widely used in complex industrial environment.But the phenomenon of static friction between stem and sealing devices is very common. The pneumatic valve stiction easily leads to oscilla-tions in control loops and reduces the performance of the control system. Two parameters model is established accord-ing to the pneumatic valve stiction. The datadriven detection method based on time series is propesed, and then the MVOP diagram of the pneumatic valve was built. The simulation result shows that the fitting ellipse diameter of the MVOP figure was related with the strength of the system oscillation. Under diferent parameters, the improved meas-ures were proposed according to the quantization of oscillation intensity and the stability of the system was improved at thesametime.
KEYWORDS:Pneumatie control valves; Stiction; Oseillation; Double parameters model
1引言
在工业生产过程当中，控制回路的作用主要是保证生产过程在设定的环境下可靠有效地进行。控制回路的不良运行会带来很多意料之外的结果，如使生产过程的连续性受到干扰，产品的质量降低，能源以及原材料的损耗增大等，进面使工厂面临重大的经济损失。控制系统性能变差的主要表现是控制系统回路发生振荡，其根源是控制器参数调整不当、调节阅的非线性特性、外部振荡扰动等间题。单回路出现振荡后由于回路之间的集成性，振荡现象将会在各个回路间传播，将严重影响整个控制回路的稳定性。回路中存在振荡会加剧过程变量的动态变化，并造成产品质量低劣，废品率提高、成本损耗增加以及生产力下降等一系列不利影响。
基金项目：中央高校基本科研业务费专项基金资助(9161714011)
收稿日期：20150306修回日期：2015-04-01 万方数据
调节阀又名控制阀，在工业自动化过程控制领域中，通过接收控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变介质流量、压力、温度、液位等工艺参数(")。调节阀作为整个控制回路中唯一可动的控制部件，与生产工艺密切相关，是工业过程控制系统中必不可少的基本装备之一。其中，在流程工业过程中有着非常广泛应用的是气动调节阀，其具有结构简单、稳定可靠、安全防爆等特点。由于大部分应用于复杂环境的工业现场，和生产介质常年接触，且在强腐蚀、高压高温等恶劣环境下工作，调节阀会经常出现许多故障，比如随着工作时长的加大，气动调节阀比较容易出现粘滞、回滞、死区等非线性特征。上述的非线性因素会不同程度的影响控制系统的性能，而阅门引起控制回路振荡的主要因素是粘滞特性。据统计，控制回路振荡原因中将近有20%-30%是由气动调节阀粘滞特性造成的(2)。因此控制阀粘滞特性的研究，作为控制系统性能监控研究的一个重要组成部分，对化工、
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