1 前言

    在設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)時(shí)，要求包括被控對(duì)象和調(diào)節(jié)閥在內(nèi)的廣義對(duì)象的靜態(tài)增益在操作范圍內(nèi)保持不變。但是多數(shù)對(duì)象的靜態(tài)增益會(huì)因負(fù)荷等的變化而改變。因此，要首先考慮選配調(diào)節(jié)閥增益的變化來(lái)補(bǔ)償對(duì)象增益的改變，以改善和提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。

    已有的選擇調(diào)節(jié)閥特性的方法，無(wú)論是理論計(jì)算法還是經(jīng)驗(yàn)法，都較復(fù)雜。

    工業(yè)對(duì)象可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)取其外特性，根據(jù)不同輸入下的穩(wěn)態(tài)輸出，繪制靜態(tài)特性曲線。在同一座標(biāo)下，將調(diào)節(jié)閥的理想流量特性或根據(jù)特定管路確定的工作特性轉(zhuǎn)換成“逆特性”曲線。然后，對(duì)這兩種曲線進(jìn)行比較，即可簡(jiǎn)單而較準(zhǔn)確地選擇調(diào)節(jié)閥。

    2 逆特性曲線與選配方法

    為了便于敘述，以人們熟悉的調(diào)節(jié)閥理想流量特性曲線族q（I）為例（如圖2-1所示，i=1，2，3，4），圖中I=L/L_max，q=Q/Q_max，L和L_max分別為閥芯行程和最大行程，Q和Q_max分別為對(duì)應(yīng)于L和L_max的流量和最大流量，I和q分別為相對(duì)開(kāi)度和相對(duì)流量。

    將圖2-1順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為圖2-2，再垂直反轉(zhuǎn)為圖2-3，命名為調(diào)節(jié)閥的逆特性曲線族I₁（q）。

    將實(shí)驗(yàn)測(cè)得被控對(duì)象靜特性曲線y（q）與逆特性曲線繪于同一座標(biāo)下（如圖2-4所示）。Q 為前述之調(diào)節(jié)閥相對(duì)流量，而對(duì)象的相對(duì)輸出y=（Y-Y₀）/（Y_max-Y₀），Y、Y₀、Y_max分別為對(duì)應(yīng)于Q、Q₀、Q_max時(shí)對(duì)象的實(shí)際輸出，Q為該對(duì)象的輸入，Q_max和Q₀分別為可控制的最大和最小流量。

    觀察圖2-4曲線族I₁（q）中的某一曲線，例如I₁（q），它能滿足y（q）與I₁（q）之差E1恒為常數(shù)

    即E₁（q）=y（q）-I₁（q）=C    （2-1）

    則流量特性為I₁（q）的調(diào)節(jié)閥被選中（實(shí)際上，E（q）=C往往是近似的。）

    3 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分別是被控對(duì)象和調(diào)節(jié)閥的增益，盡管它們各自原非常數(shù)，例如隨負(fù)荷在變化，但是它們的乘積等于常數(shù)；或者，廣義對(duì)象的增益dy/dI1為常數(shù)（如圖3-1中虛線所示），y（q）與I（q）成為線性關(guān)系，與負(fù)荷無(wú)關(guān)，這正好符合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

    4 實(shí)際應(yīng)用

    被控對(duì)象靜特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)取。調(diào)節(jié)閥流量特性的逆特性，均易于獲得，所以，實(shí)際應(yīng)用本文提出的方法時(shí)，只需繪制圖2-4即可。

    選配的理想結(jié)果是式（2-1）成立，但實(shí)際上往往是E₁（q）≠const，這時(shí)，可在I=2/3處的I₁（q）中，尋找差值E較小者。因?yàn)檎�常流量一般取與調(diào)節(jié)閥相對(duì)開(kāi)度的2/3相對(duì)應(yīng)。

    如需研究調(diào)節(jié)閥全行程范圍內(nèi)的補(bǔ)償效果，可根據(jù)圖2-4中縱座標(biāo)I和y繪制成圖3-1的實(shí)線，與y-I=0的虛線相比較，即可清楚地看出這兩個(gè)非線性環(huán)節(jié)的補(bǔ)償程度。