一种气动调节阀及其动力学优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工业过程控制技术领域，尤其涉及一种气动调节阀及其动力学优化方 法。
【背景技术】
[0002] 气动调节阀是工业过程控制中最重要的执行机构，广泛应用于化工、石油、冶金、 电力等行业。气动调节阀主要由过滤减压阀、定位器、气动薄膜执行机构和调节阀组成，定 位器和气动薄膜执行机构通过气体传输管连接，气动薄膜执行结构和调节阀通过气室膜板 连接，调节阀使用波纹管或者填料实现内杆和外管之间的密封。
[0003] 气动调节阀的动力学系统主要由机械系统和气动系统禪合而成，机械系统包括阀 杆等质量元件、波纹管和气室弹黃组成的弹性元件W及调节阀运动过程由密封和导向配合 间摩擦产生的阻尼元件。气动系统包括由气体传输管和气室容腔构成的流感、流容和流阻， W及气流流经过滤减压阀和定位器的附加流阻。
[0004] 气动调节阀的稳定性和动态响应特性直接关系到工业控制过程的快速性、准确性 和稳定性，因此合理的设计优化气动调节阀的气动-机械禪合系统的参数，提高气动调节 阀的稳定性和动态响应特性，对工业过程控制系统具有非常重要的意义。
【发明内容】
[0005] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种气动调节阀及其动力学优化方法。
[0006]一种气动调节阀的动力学优化方法，所述气动调节阀由气动系统和机械系统禪合 而成，其包括如下步骤：
[0007]S101、建立所述气动系统的集中参数模型；
[0008]S103、针对所述集中参数模型，分别构建所述气动调节阀的稳定特性响应传递函 数和动态特性响应传递函数；
[0009]S105、优化所述稳定特性响应传递函数和所述动态特性响应传递函数，获得气动 阻尼比为0. 3~0. 4、机械阻尼比为0. 8~1. 0。
[0010] 本发明一较佳实施方式中，所述气动系统和所述机械系统通过气室模板实现禪 合。
[0011] 本发明一较佳实施方式中，所述气动调节阀包括过滤减压阀、定位器、气动薄膜执 行机构和调节阀，所述过滤减压阀、所述定位器及所述气动薄膜执行机构依次通过气体传 输管连接，所述气动薄膜执行机构和所述调节阀通过气室膜板连接。
[0012] 本发明一较佳实施方式中，所述调节阀采用波纹管或者填料实现内杆和外管之间 的密封。
[0013] 本发明一较佳实施方式中，所述气动系统包括由气体传输管和气室容腔构成的流 感、流容W及气体传输管沿程阻力和气流流经所述过滤减压器和所述定位器的局部阻力叠 加产生的流阻。
[0014] 本发明一较佳实施方式中，所述机械系统包括质量元件、波纹管和气室弹黃组成 的弹性元件W及所述调节阀运动过程由密封和导向配合件摩擦产生的阻尼元件。
[0015] 本发明另外提供一种气动调节阀，其由气动系统和机械系统禪合而成，所述气动 系统的气动阻尼比为气动阻尼比为0. 3~0. 4、所述机械系统的机械阻尼比为0. 8~1. 0。
[0016] 本发明一较佳实施方式中，所述气动系统的气动阻尼比为气动阻尼比为0. 4、所述 机械系统的机械阻尼比为0. 8。
[0017] 本发明一较佳实施方式中，所述气动调节阀包括过滤减压阀、定位器、气动薄膜执 行机构和调节阀，所述过滤减压阀、所述定位器及所述气动薄膜执行机构依次通过气体传 输管连接，所述气动薄膜执行机构和所述调节阀通过气室膜板连接。
[0018] 本发明一较佳实施方式中，所述调节阀采用波纹管或者填料实现内杆和外管之间 的密封。
[0019] 相较于现有技术，所述气动调节阀的动力学优化方法对提高气动调节阀的稳定性 和动态响应特性具有重要的指导意义。本发明提供的气动调节阀具有较好的稳定特性和动 态响应特性。
[0020] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予W实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够 更明显易懂，W下特举实施例，并配合附图，详细说明如下。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明第一实施例提供的气动调节阀的示意图；
[0022] 图2为本发明第二实施例提供的气动调节阀的动力学优化方法的流程图；
[0023] 图3为感-容-阻型二阶振动系统的示意图；
[0024] 图4为所示气动调节阀中.气动系统的集中参数模型的示意图。
[0025] 图5为图1所示气动调节阀的禪合系统稳定性分析框图；
[0026] 图6为图1所示气动调节阀的禪合系统动态响应特性分析框图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0028] 本发明第一实施例提供一种气动调节阀100,其由气动系统和机械系统禪合而成， 其中，所述气动系统的气动阻尼比为气动阻尼比为0. 3~0. 4、所述机械系统的机械阻尼比 为 0. 8 ~1. 0。
[0029] 优选地，所述气动系统的气动阻尼比为气动阻尼比为0. 4、所述机械系统的机械阻 尼比为0. 8,由此，所述气动调节阀具有较好的稳定特性和动态响应特性。
[0030] 请参阅图1，具体地，所述气动调节阀100包括过滤减压阀10、定位器20、气动薄 膜执行机构30和调节阀40,所述过滤减压阀10、所述定位器20及所述气动薄膜执行机构 30依次通过气体传输管50连接，所述气动薄膜执行机构30和所述调节阀40通过气室膜板 60连接。本实施例中，所述调节阀40采用波纹管41实现内杆42和外管43之间的密封，当 然，并不局限于此，所述调节阀40也可W采用填料实现内杆42和外管43之间的密封。
[0031] 可W理解的是，所述调节阀40还包括和所述内杆42相连接的阀芯45,其与所述外 管43相配合，W控制流体的流入和流出。
[0032] 请参阅图2,本发明第二实施例提供气动调节阀的动力学优化方法，其包括如下步 骤：
[0033]S101、建立所述气动系统的集中参数模型。
[0034] 所述气动调节阀100的动力学系统由气动系统和机械系统禪合而成，可W理解， 独立的气动系统或机械系统均属于感-容-阻型二阶振动系统，如图3所示，其中，机械系 统包括内杆等质量元件Lm、波纹管和气室弹黃31组成的弹性元件CmW及调节阀40运动过 程由密封和导向配合件摩擦产生的阻尼元件Rm;气动系统包括由气体传输管50和气室容 腔构成的流感Lp、流容