氣動控制閥摩擦力的測量及對控制性能影響的研究.pdf

1、氣動控制閥因為結(jié)構(gòu)簡單，安全防爆等特點在流程工業(yè)中有著十分廣泛地使用。作為控制系統(tǒng)中運動最頻繁的元件，其控制性能的好壞將直接影響整個控制系統(tǒng)的運行狀況。從氣動控制閥的結(jié)構(gòu)來看，填料函在起到動密封作用的同時，產(chǎn)生的摩擦力會影響到控制閥定位控制動作性能。所以，近年來研究控制閥摩擦現(xiàn)象，以及摩擦對氣動控制閥控制性能的影響受到國內(nèi)外學(xué)者越來越多的關(guān)注。
　　本文首先介紹了氣動控制閥的結(jié)構(gòu)，以及幾種重要的摩擦力現(xiàn)象，如庫侖摩擦、Stribe

2、ck效應(yīng)、黏性摩擦等?；谝陨蠋c，本文展開了一系列的分析，主要包括：
　　(1)基于摩擦力Karnopp模型對控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模，通過Matlab/Simulink仿真，搭建執(zhí)行機(jī)構(gòu)的仿真模型。說明摩擦力對控制閥性能的影響。
　　(2)設(shè)計了控制閥故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)的硬件部分可以采集閥桿形變信號、閥位信號以及氣室氣壓信號，通過系統(tǒng)軟件處理獲得控制閥摩擦力、閥位和氣壓數(shù)據(jù)。
　　搭建了氣動控制閥控制實驗平臺，該平

3、臺可以發(fā)送給定閥位信號到定位器，并實時地采集、存儲給定信號和閥位反饋信號，通過計算獲得給定值與反饋值之間的誤差積分值能反映出系統(tǒng)的控制情況。
　　(3)提出了一種間接測量摩擦力的方法。該方法基于牛頓運動學(xué)定律，通過分析控制閥閥位與氣壓數(shù)據(jù)，得到摩擦力的計算值。最后通過故障診斷系統(tǒng)的測得摩擦力值驗證。
　　(4)研究了控制性能誤差積分指標(biāo)與摩擦力之間的定量關(guān)系。首先利用 TOPSIS法選擇合適的誤差積分指標(biāo)，然后用選出的誤差積

4、分指標(biāo)對摩擦力進(jìn)行描述。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，控制閥摩擦力的變化情況與控制回路的誤差積分值之間存在關(guān)聯(lián)性。從而為研究摩擦力對控制性能的影響奠定基礎(chǔ)。
　　本文是在大量文獻(xiàn)和理論指導(dǎo)的基礎(chǔ)上，通過實驗室和企業(yè)生產(chǎn)車間近1000小時的實驗研究完成的，研究成果已成功應(yīng)用于核電控制閥生產(chǎn)企業(yè)中。
　　論文創(chuàng)新點：1）給出了閥桿動、靜、最大靜摩擦力的間接測量方法；2）得出了摩擦力與控制性能誤差積分指標(biāo)之間的定量關(guān)系。該定量關(guān)系已經(jīng)被應(yīng)用于指導(dǎo)