闭环控制系统的过渡过程及其品质指标:
过渡过程:一个控制系统在外界干扰或给定干扰作用下,从原有稳定状态过渡到新的稳定状态的整个过程,称为控制系统的过渡过程。它是衡量控制系统品质优劣的重要依据。
衡量控制系统好坏常采用以下几个指标:
1.衰减比:它是表征系统受到干扰后,被控变量衰减程度的指标。其值为前后两个相邻峰值之必,即图中的B1/B2,一般希望它在4:1到5:1之间。
2.余差:它是指控制系统受到干扰后,过渡过程结束时被控变量的残余偏差,即图中的C。C值也就是被控变量在扰动后的稳态值与设定值之差。控制系统的余差要满足工艺要求,有的控制系统工艺上不允许有余差,即C=0。
3.最大偏差:它表示被控变量偏离给定值的最大程度。对于一个衰减的过渡过程,最大偏差就是第一个波的峰值,即图中的A值。A值就是被控变量所产生的最大动态偏差。
4.过渡过程时间:又称调节时间,它表示从干扰产生的时刻起,直至被控变量建立起新的平衡状态为止的这一段时间,图中以Ts表示。过渡过程时间越短越好。
5.振荡周期:被控变量相邻两个波峰之间的时间叫振荡周期,图中以T来表示。在衰减比相同的条件下,周期与过渡时间成正比。因此一般希望周期也是越短越好。
一个控制系统的过渡过程:
调节规律:调节器的输出信号随输入信号变化的规律。
比例 P 特点是动偏差小,有余差存在。值越大,余差越大,但系统越容易达到稳定。值越小,系统越容易振荡。
积分 I 特点是余差可被消除,但动偏差大,调节过程长。值越小,积分作用越明显,但过渡过程振荡剧烈,稳定程度下降。
微分 D 是根据偏差变化趋势而动作的,只要偏差一变化就提前采取动作,,因此叫超前作用。它只有在输入变化时,调节器才有输出,因此它不能作为一个独立的调节器使用。它主要使用在温度调节方面,利用温度微小的变化便进行相应调节,以应对温度调节的滞后性。值越大,超前时间越长。
比例作用可以加快控制过程,减少动偏差,缩短调节时间过程时间;积分作用可消除静偏差,克服余差;微分作用能抑制偏差的增长,减小动偏差。三作用调节规律只要适当的整定比例范围,积分和微分时间三个参数,可以得到较为满意的调节质量。但三作用调节器不是万能的,一些很简单的系统,例如用比例调节规律可以得到满意的调节质量的液位系统,用上三作用调节规律后,不仅系统复杂,投资增大,而且现场整定困难,整定不好反而容易使液位波动。因此,实际使用时,应按具体情况来选取仪表,切忌用三作用调节器代替一切!
气动调节阀分类:
气动执行机构按结构分类:
a.气动薄膜(单、多弹簧)执行机构:输出直线位移。
b.气动活塞(有、无弹簧)执行机构:输出直线位移或角位移。
薄膜执行机构的优缺点
优点:结构简单、可靠。
缺点:
①膜片承受的压力较低,最大膜室压力不能超过250KPa,加上弹簧要抵消绝大部分的压力,余下的输出力就很小了。
②为了提高输出力,通常作法就是增大尺寸,使得执行机构的尺寸和重量变得很大;另一方面,工厂的气源通常是500~700KPa,它只用到了250KPa,气压没充分利用,这是不可取的,活塞执行机构解决了此问题。
为了充分用足工厂的气源压力来提高执行机构的输出力、减少其重量和尺寸,便产生了活塞执行机构。
气动活塞(有、无弹簧)执行机构:输出直线位移或角位移
直行程活塞执行机构:
它主要用于配直行程的调节阀,它分为有弹簧式和无弹簧式两种
1、无弹簧活塞执行机构:
①用于故障下要求阀保位的场合;
②用于大口径阀要求执行机构推力特别大的场合;
2、有弹簧式活塞执行机构:
大多数场合使用有弹簧的活塞执行机构,其特点是:
①在故障情况下,通过弹簧进行复位,实现故障开或故障关功能;
②可以抵抗不平衡力的变化,增加执行机构的刚度,提高调节阀的稳定性。
它的缺点是:
①弹簧会抵消一部分输出力;
②气缸内设弹簧,增加了气缸的长度和重量。
角行程活塞执行机构:
角行程的活塞执行机构主要用于角行程类的调节阀,按气缸的安装方向,分为立式气缸和卧式气缸两种。按活塞的推杆驱动输出轴转动的结构,常用的有:
①曲柄连杆式;
②齿轮齿条式;
③活塞螺旋式。
气动活塞式执行机构按其作用方式可分成比例式和两位式两种。所谓比例式是指输入信号压力与推杆的行程成比例关系,这时它必须与阀门定位器配用。两位式是根据输入执行机构活塞两侧的操作压力差来完成的。活塞由高压侧推向低压侧,就使推杆由一个极端位置推移至另一个极端位置。
按流向不同分为:流开和流关(闭)。
流开:在阀芯节流处介质流动方向与阀门打开方向相同。
流关:在阀芯节流处介质流动方向与阀门关闭方向相同。