阀门定位器作用的分析

阀门定位器作用的分析

  阀门定位器与调节阀可以看作是一个阀杆位置的随动调节系统，在整个控制系统中相当于一个串级调节系统的副回路（阀位副回路）。串级控制系统的方框图见图1，单回路控制系统的方框图见图2。在控制理论上，串级系统主要是用来克服进入副回路的二次干扰。 
 

   按图1所示串级系统，可以写出二次干扰D₂至主参数y₁的传递函数

       （1）

   与一个简单回路（无定位器）控制系统相比较，若令由图2可得单回路控制下D₂至y₁的传递函数为

       （2）

   首先，假定G_c（s）=G_c1（s），且注意到单回路系统中的G_m（s）就是串级系统中的G_m1（s），可以看到，串级中Y₁（s）/D₂（s）的分母中多了一项，即G_c2（s）G_v（s）G_p2（s）G_m2（s）。在主环工作频率下，这项乘积的数值一般比较大，而且随着副调节器比例增益的增大而加大，副调节器（定位器）的比例增益是大于1的。因此，串级控制系统的结构使二次干扰D₂对主参数y₁这一通道的动态增益明显减小。当二次干扰（直接对于阀位的干扰）出现时，很快就被副调节器（定位器）所克服。与单回路控制系统相比，被调量受二次干扰的影响可以减小1O~100倍，这主要视主环与副环中容积分布情况而定。

   其次，由于内环起了改善对象动态特性的作用，因此可以加大主调节器的增益，提高系统的工作频率。分析比较图1，2，可以发现串级系统中的内环似乎代替了单回路中的一部分对象，即可以把整个副回路看成是一个等效对象G′_p2（s），记作

       （3）

    假设副回路中各环节传递函数为

    将上述各式代入式（3），可得

       （4）
    

    则式（4）改写为

       （7）

    式中：K′_p2，T′_p2--等效对象的增益和时间常数。

   比较G_p2（s）和G′_p2（s），1+K_c2K_vK_p2K_m2>1这个不等式在任何情况下都是成立的，因此有

    T′_p2p2    （8）

   由于副回路起到改善动态特性的作用，等效对象的时间常数缩小了1+K_c2K_vK_p2K_m2倍，而且随着副调节器比例增益的增大而减小。就定位器而言，薄膜执行机构或气缸执行机构是单容对象，如果阀杆润滑很理想，副调节器（定位器）的比例增益可以取得很大，这样，等效时间常数可以减到很小的数值，从而加快了副环的响应速度，提高了系统的工作频率。这就是阀门定位器通常能够改善调节系统品质的原因。

（图中所示：阀门定位器）