CpW及气体传输管50沿程阻力Rpi和气流流经过滤减压器10和定 位器2〇的局部阻力Rpj叠加产生的流阻Rp。
[00巧]气动系统和机械系统通过气室膜板60实现系统禪合，根据流体网络理论，气动系 统流感、流容、沿程流阻分别为：
[0039] 式中，气动系统几何参数1、A和V分别为气体传输管50的长度、截面积和气室容 积，物性参数P、a和y分别为气体工质密度、声速和动力粘度。
[0040] 根据变量器原理，机械系统阻抗在气动系统中的阻抗变换为：
[0041]
[0042] 式中，Zp为气动系统阻抗，Zm为机械系统阻抗，S为气室膜板60的截面积，从而实 现气动系统与机械系统的禪合，即所述气动系统的集中参数模型，如图4所示。
[0043]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。
[0044] 根据控制线动力学理论，二阶振动系统的阶跃响应时域特征由阻尼比弓决定，
阻尼比^ 一般在0.4~0.8之间取值，理想的系统通常要求其响应足够快并且 阻尼合理。
[0045] 当调节阀40内部流体流动不稳定时，会对阀芯45产生扰动，此时阀芯45的响应 特性为二阶振动系统，禪合系统稳定性分析框图如图5所示，阀芯45的速度响应传递函数 为：
[0046]
[0047] 式中，Cmp为气动流容Cp在机械系统中的表现，即C",p= 相当于在机械系统中 串联了一个气体弹黃，一般而言约为2~3,为了保证禪合系统的稳定性，机械阻尼比 mp 一般要求不小于0. 8,W保证禪合系统的阻尼比达到0. 4,瞬态响应不会产生超调。
[0048] 请参阅图6,为气动调节阀100的禪合系统动态响应特性分析框图，阀芯45的响应 传递函数为：
[0049]
[0050]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。
[0051] 上述传递函数为四阶振动系统，一般具有一对闭环共辆主导极点，因此通过零极 点分析，可W将四阶传递函数简化为二阶传递函数，该对过程控制系统建立控制模型有重 要意义。
[0052] 本实施例中，综合考虑气动调节阀稳定特性和动态响应特性，优化获得的参数为： 气动阻尼比为0. 3~0. 4,机械阻尼比为0. 8~1. 0。
[0053] 根据分析优化，气动阻尼比和机械阻尼比分别在0. 4和0. 6左右时，禪合系统可W 获得比较好的响应性能。
[0054] 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。
[0055] W上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本 发明已W实施例掲露如上，然而并非用W限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱 离本发明技术方案范围内，当可利用上述掲示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化 的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对W上实施例 所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1. 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耦合而 成，其特征在于，包括如下步骤： S101、建立所述气动系统的集中参数模型； 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； 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。2. 如权利要求1所述的气动调节阀的动力学优化方法，其特征在于，所述气动系统和 所述机械系统通过气室模板实现耦合。3. 如权利要求1所述的气动调节阀的动力学优化方法，其特征在于，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。4. 如权利要求3所述的气动调节阀的动力学优化方法，其特征在于，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。5. 如权利要求1所述的气动调节阀的动力学优化方法，其特征在于，所述气动系统包 括由气体传输管和气室容腔构成的流感、流容以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。6. 如权利要求1所述的气动调节阀的动力学优化方法，其特征在于，所述机械系统包 括质量元件、波纹管和气室弹簧组成的弹性元件以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。7. -种气动调节阀，其由气动系统和机械系统耦合而成，其特征在于，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。8. 如权利要求7所述的气动调节阀，其特征在于，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。9. 如权利要求7所述的气动调节阀，其特征在于，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。10. 如权利要求9所述的气动调节阀，其特征在于，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。
【专利摘要】本发明提出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耦合而成，其包括如下步骤：S101.建立所述气动系统的集中参数模型；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；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。本发明另外提供一种气动调节阀。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。
【IPC分类】G05B13/04
【公开号】CN104977848
【申请号】CN201410134703
【发明人】李青, 张宁, 李正宇, 伍继浩
【申请人】中国科学院理化技术研究所
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2014年4月3日