KONAN电磁阀开关过程存在的问题分析

　　KONAN电磁阀开关过程存在的问题分析

　　KONAN电磁阀在气源压力一定时截止阀的气缸力主要与气缸内径有关,气缸内径主要与阀杆的受力有关。截止阀阀杆轴向受力有介质静压力QMJ、密封力QMF、摩擦力QT 和阀杆自重G等。对阀杆进行初期受力分析时,可以忽略摩擦力和自重的影响,待气缸内径确定后再复验气缸力是否能够克服摩擦力。介质静压力在阀门口径、压力和密封结构确定的条件下为已知力,密封力需要计算。在已有资料中,球面密封的线接触比压ql 只有在工作压力P ≤2.5M Pa的情况下才有准确的数据可以借鉴, 高于该压力的情况目前没有可以参考的数据。

　　KONAN电磁阀与平面接触时,在接触应力的作用下发生弹塑性变形,球体上会出现一个小的锥形带状密封面。假定密封宽度为b, 可以确定必须密封比压qM F和气缸直径。根据确定的气缸直径验算密封面的实际比压q是否大于必须密封比压qMF且小于许用比压〔q〕,气缸力是否能够克服阀杆摩擦力,如果不能满足要求,重新假定b值直到满足要求为止。举例,工作压力P=10MPa,阀门公称直径D=65mm,密封面直径DP=71.48mm,锥半角α=15°,气缸操纵气压力Pg=5MPa,球体材料为H62(屈服强度σsT=160MPa, 许用比压〔q）=80MPa ) , 阀体材料为0Cr18Ni9 (屈服强度σsG =205MPa) ,阀门气缸内径<115mm,介质从阀瓣下方流入。

　　KONAN电磁阀控制的根本需求是在其高速运行的情况下确保其位置控制的度和性，为说明料流调节阀的控制原理和方法，我们有必要先对料流调节阀的运动及停止过程进行分析。

　　KONAN电磁阀提供的高炉炉顶料流调节阀的速度动态响应曲线。

　　KONAN电磁阀可知，在情况下，要在高速时准确停止料流调节阀，需要采取以下步骤：

　　(1)在一个预定减速角度δj发出料流调节阀由高速转换为低速指令，由图1可以看出，指令发出约0.3s后，料流调节阀运动速度由15(°)/s下降到5(°)/s，这期间阀门运动的开度(阀门减速惯性角δhtj)大约为(15-5)/2×0.3=1.5°。

　　(2)经过一段时间的速度稳定期(响应曲线上约为0.1s)，阀门速度稳定在5(°)/s，该段时间料流调节阀运行角度(阀门机械惯性停车角δltj)大约为0.5°。

　　(3)速度稳定后，在距离停车角度为δt时给出停止指令(速度给定值变为0(°)/s)，阀门大约经过约0.2s后停止，该段时间料流调节阀运行角度约为(5/2)×0.2=0.5°。

　　由此可知，要确保料流调节阀的准确停车，确定合适的减速角度δj和停车角度δt十分重要。

　　KONAN电磁阀停止过程的前馈控制就是在其停止控制过程中引入一个合适的减速角度δj和停止角度δt，通过对这两个角度的控制达到对料流调节阀开度准确控制的目的。

　　由于每个高炉料流调节阀系统和液压系统的特性、高炉控制系统及通信方式不尽相同，因此其料流调节阀的减速角度δj和停止角度δt也不尽相同。在实际工程设计中，可以根据提供的料流调节阀特性曲线、高炉控制系统扫描速度以及角度检测系统的通信速度等预算出一个值，然后在现场调试中通过现场实验对角度加以校正。

　　KONAN电磁阀为料流调节阀附加减速角，考虑各种延时因素确定，δhtf≈(2TS+Tti)V1，其中，TS为控制器扫描时间，ms，Tti为编码器接口延时时间，ms，V1为阀门低速运动初始速度，(°)/s;δhsw为减速稳定角，工程中需根据现场实际情况调整而定，通常调整为3°左右。佳减速角需要在以上计算角度的基础上根据实际调整确定。

　　δt通常可由式(2)求出：

　　高炉料流调节阀控制方法及改进(2)

　　式中，δm为本次设定停止角;δltf为料流调节阀附加停车角，考虑各种延时因素确定。实际调试中，考虑各种综合因素后，一般取δltj+δltf在3°左右。

　　采用前馈控制方式后，料流调节阀在机械及液压系统工作正常、工作状态稳定的情况下基本能够0.1°左右的控制精度。但高炉投产后，随着时间的推移，阀门的机械及液压系统特性将发生一定的变化，这种变化将使控制产生相应的误差。

　　1.3、自适应分段线性插值法控制[1]

　　为解决由机械特性改变而影响控制精度的问题，我们在前馈控制的基础上又增加了一种被称为“自适应控制的分段线性插值法"的控制算法。该控制理念包含了2种控制方式：首先是把采用了前馈控制方式的料流调节阀系统看做是一个黑匣子，依据黑匣子输入/输出之间的关系建立相应的控制模型;然后在控制模型的基础上采用自适应控制对由于机械特性改变等因素产生的控制误差进行动态补正。

　　1.3.1、分段插值法

　　在工程实际中我们经常会遇到这样一种情况：对于某个控制对象，其各种控制参数之间存在某种函数y=f(x)关系，我们虽然知道其在一定范围内肯定有解，但却很难或找不到其确定的函数关系，只能通过现场实验得到xi与yi的对应关系列表函数。

　　对于以上问题可采用多种方法求出对应函数关系的解，其中较为简单实用的方法就是“分段插值法"。分段插值法就是用某种简单、已知的函数p(x)，在一定范围内近似地表达某一未知的表函数f(x)，通过对已知近似函数p(x)的求解，就能近似地求出未知函数f(x)的解。可将替代函数p(x)看做如下的一阶线性函数