智能閥門定位器非線性特性與建模問題研究

嚴(yán)濤

江蘇圣泰閥門有限公司 江蘇 鹽城 224001

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在工業(yè)生產(chǎn)中具有重要的作用，由于自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，此類閥門的定位器在使用過程中存在非線性特性，即輸入信號達(dá)到一定閾值后才能引起閥位動(dòng)作，在一定程度上限制了閥門的調(diào)節(jié)性能。研究該特性的具體成因，建立相關(guān)的運(yùn)動(dòng)模型，有利于進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，故對其展開研究。

1 閥門定位器非線性特性測量與建模

1.1 飽和非線性特性建模

1.1.1 飽和非線性特性的表現(xiàn)形式

飽和非線性用于描述控制信號和輸出信號的某種特定關(guān)系，假設(shè)存在一個(gè)閾值，當(dāng)控制信號大于（小于）閾值時(shí)，輸出信號發(fā)生變化，反之則輸出信號維持不變，其形成條件較為特殊，僅短時(shí)出現(xiàn)，但是卻能顯著影響控制系統(tǒng)。

1.1.2 閥門定位器飽和非線性特性描述

研究過程以AVP301閥門定位器為分析對象，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征，有可能引起飽和非線性特性的部位包括兩個(gè)，其一為氣動(dòng)放大器，其二為力矩馬達(dá)的噴嘴-擋板[1]。

噴嘴-擋板結(jié)構(gòu)由背壓腔、噴嘴、擋板以及感應(yīng)磁體等組成，氣源通過節(jié)流孔進(jìn)入背壓腔，再通過噴嘴射向擋板，當(dāng)氣源壓力Ps保持不變時(shí)，氣源壓力和背壓腔之間的壓力比值滿足公式（1）。

式中：Pb表示背壓腔的壓力；D為噴嘴的孔徑；d為節(jié)流孔的孔徑；Cf1、Cf2分別為節(jié)流孔和噴嘴的流量系數(shù)；a為噴嘴-擋板結(jié)構(gòu)的空間距離。參數(shù)D、d為恒定值，當(dāng)氣源壓力保持恒定時(shí)，Cf1、Cf2同樣為定值，Ps保持不變，則Pb僅與參數(shù)a相關(guān)，雖然參數(shù)a具有一定的調(diào)節(jié)空間，但不能無限改變，因此壓力Pb具有非線性特性。……