浅议通过“逆特性法”选配调节阀的特性

   通常，我们在设计过程控制系统时，要求包括被控对象和调节阀在内的广义对象的静态增益在操作范围内保持不变。但是多数对象的静态增益会因负荷等的变化而改变。因此，要首先考虑选配调节阀增益的变化来补偿对象增益的改变，以改善和提高系统的控制质量。 
   已有的选择调节阀特性的方法，无论是理论计算法还是经验法，都较复杂。
   工业对象可以通过实验测取其外特性，根据不同输入下的稳态输出，绘制静态特性曲线。在同一座标下，将调节阀的理想流量特性或根据特定管路确定的工作特性转换成“逆特性”曲线。然后，对这两种曲线进行比较，即可简单而较准确地选择调节阀。
一、逆特性曲线与选配方法
   为了便于叙述，以人们熟悉的调节阀理想流量特性曲线族q(I)为例（如图2-1所示，i=1，2，3，4），图中I=L/L_max，q=Q/Q_max，L和L_max分别为阀芯行程和最大行程，Q和Q_max分别为对应于L和L_max的流量和最大流量，I和q分别为相对开度和相对流量。
   将图2-1顺时针旋转为图2-2，再垂直反转为图2-3，命名为调节阀的逆特性曲线族I₁(q)。
    将实验测得被控对象静特性曲线y(q)与逆特性曲线绘于同一座标下（如图2-4所示）。Q为前述之调节阀相对流量，而对象的相对输出y=（Y-Y₀）/（Y_max-Y₀），Y、Y₀、Y_max分别为对应于Q、Q₀、Q_max时对象的实际输出，Q为该对象的输入，Q_max和Q₀分别为可控制的最大和最小流量。


   观察图2-4曲线族I₁(q)中的某一曲线，例如I₁(q)，它能满足y(q)与I₁(q)之差E1恒为常数
   即E₁(q)=y(q)-I₁(q）=C    （2-1）
   则流量特性为I₁(q)的调节阀被选中（实际上，E(q)=C往往是近似的。）
二、原理
    由式（2-1）知
    dy/dq-dI₁/dq=0
    dy/dq=1/(dq/dI1)
    (dy/dq)·(dq/dI₁)=1
   或dy/dI₁=1        （3-1）
   式（3-1）中，dy/dq和dq/dI₁分别是被控对象和调节阀的增益，尽管它们各自原非常数，例如随负荷在变化，但是它们的乘积等于常数；或者，广义对象的增益dy/dI1为常数（如图3-1中虚线所示），y（q）与I（q）成为线性关系，与负荷无关，这正好符合系统的设计要求。
 
三、实际应用
    被控对象静特性的实验测取。调节阀流量特性的逆特性，均易于获得，所以，实际应用本文提出的方法时，只需绘制图2-4即可。
    选配的理想结果是式（2-1）成立，但实际上往往是E₁(q)≠const，这时，可在I=2/3处的I₁(q)中，寻找差值E较小者。因为正常流量一般取与调节阀相对开度的2/3相对应。
    如需研究阀门全行程范围内的补偿效果，可根据图2-4中纵座标I和y绘制成图3-1的实线，与y-I=0的虚线相比较，即可清楚地看出这两个非线性环节的补偿程度。

   参考文献 
    [1] 金以慧.过程控制[M].清华大学出版杜，1993年
    [2]任秀珍.王永韧.工业自动化仪表及其系统问答二百例[M].原子能出版社，1985年

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