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    氣動調節閥粘滯故障引起的回路震蕩消除方法

    2020-12-31 0

    氣動調節閥粘滯引起的回路震蕩

    氣動調節閥是作業系統中使用最為頻繁的執行組件,因此其回路的正常是保障作業科學進行的關鍵。然而根據國家工業調查的數據來看,在我國只有 30% 的工業控制回路性能是在標準范圍內的,而在不合格的控制回路中,30% 的回路震蕩是因為調節閥粘滯所引起的。在一般情況下,閥門粘滯導致回路產生極限環,從而控制的量也在設定值上下震蕩變換中,因此排除粘滯對回路的影響,不僅可以提高生產的質量,還可以減少作業浪費,提高經濟價值,對于氣動調節閥的日常運作也有著促進作用。

    閥門粘滯指的是閥門在運行一段時間后,由于閥桿與填料之間產生較大的靜摩擦,從而引起的非線性故障。在當今系統作業中,大部分控制回路的計算方法還是采用傳統的 PID 控制計算法。而在 PID 控制回路中,需要控制器花費較多的時間進行反復調節才能使得其達到一定的設定的狀態,在這個過程中,控制器會不斷的改變方向。當有氣動調節閥的回路上有粘滯故障時,控制器就會改變方向,而閥門就會進一步發生粘滯現象。而這種情況一直會延續到控制器的輸出大于某個數值(S)時,閥桿才會產生為某個(J)大小的跳動(參照下圖)。在這個無法估摸的過程中,調節量產生偏差則是在所難免的。而為了消除這個偏差,控制器就會再次發生改變,粘滯故障便會再次發生,最終導致了控制變量在以設定的值的上下來回波動震蕩。因此 PID 是引起數值震蕩的主要原因。

    圖1 粘滯閥門的輸入輸出關系圖

    氣動調節閥粘滯引起的回路震蕩消除辦法

    通過各項實驗表明,在傳統的 PI 控制器中,其 r(k)表示為該作業系統中的設定值,y(k)表示為該系統在作業時所產生的實際輸出值,P 設為比例系數,T 作為實踐采樣的周期,I 作為最后的積分系數,因此離散的 PI 的表達式可以總結為

    氣動調節閥粘滯故障1.jpg

    因此在傳統的 PI 控制器中,當控制器發展變化時,閥門出現粘滯現象的原因是控制器的輸出過小所導致的。這就說明了在閥門出現粘滯現象時可以進一步通過改變積分的作用,從而對輸入進行控制和規劃,以這種方式來消除粘滯現象對控制回路帶來的影響??刂破鬏斎肼实臄抵祵鈩诱{節閥閥桿的作業具有較大的影響,閥桿有粘滯現象時,控制器輸出率大就可以進一步幫助閥桿快速運轉,從而擺脫粘滯的帶來的影響,反之就可以降低一定量的輸出率,來保證氣動調節閥的正常運作。同時影響輸出率的 E(k) 和 Ec(k)兩者數值也會對粘滯現象產生不一樣的影響,根據多項實驗數據表明,當兩者不等于0時,就說明了控制變量尚未達到具體的設定值,還在發生改變,因此在這時,閥桿沒有發生粘滯現象。當 E(k) 不等于 0,而 Ec(k)等于 0 時,其控制量在尚未達到設定值的同時也沒有發生改變,因此已發生粘滯現象。當 E(k) 等于 0,而 Ec(k)不等于 0 時,控制量仍然在發生變化,因此也沒有粘滯現象。最后當兩者同時等于0時,控制量達到了設定值,并且沒有發生其他變化,因此沒有發生粘滯現象。

    綜上所述,使用新型模型來對控制器進行模糊控制,從而來消除回路震蕩現象,首先應該通過傳統 PI 控制器獲取具體參數,然后將相同的參數賦予模糊控制器,最后通過合理的參數對發生粘滯的回路進行休整工作,最終達到提高氣動調節閥的工作質量的目標。

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