KONAN電磁閥開關(guān)過程存在的問題分析

　　KONAN電磁閥在氣源壓力一定時(shí)截止閥的氣缸力主要與氣缸內(nèi)徑有關(guān),氣缸內(nèi)徑主要與閥桿的受力有關(guān)。截止閥閥桿軸向受力有介質(zhì)靜壓力QMJ、密封力QMF、摩擦力QT 和閥桿自重G等。對(duì)閥桿進(jìn)行初期受力分析時(shí),可以忽略摩擦力和自重的影響,待氣缸內(nèi)徑確定后再?gòu)?fù)驗(yàn)氣缸力是否能夠克服摩擦力。介質(zhì)靜壓力在閥門口徑、壓力和密封結(jié)構(gòu)確定的條件下為已知力,密封力需要計(jì)算。在已有資料中,球面密封的線接觸比壓ql 只有在工作壓力P ≤2.5M Pa的情況下才有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)可以借鑒, 高于該壓力的情況目前沒有可以參考的數(shù)據(jù)。

　　KONAN電磁閥與平面接觸時(shí),在接觸應(yīng)力的作用下發(fā)生彈塑性變形,球體上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)小的錐形帶狀密封面。假定密封寬度為b, 可以確定必須密封比壓qM F和氣缸直徑。根據(jù)確定的氣缸直徑驗(yàn)算密封面的實(shí)際比壓q是否大于必須密封比壓qMF且小于許用比壓〔q〕,氣缸力是否能夠克服閥桿摩擦力,如果不能滿足要求,重新假定b值直到滿足要求為止。舉例,工作壓力P=10MPa,閥門公稱直徑D=65mm,密封面直徑DP=71.48mm,錐半角α=15°,氣缸操縱氣壓力Pg=5MPa,球體材料為H62(屈服強(qiáng)度σsT=160MPa, 許用比壓〔q）=80MPa ) , 閥體材料為0Cr18Ni9 (屈服強(qiáng)度σsG =205MPa) ,閥門氣缸內(nèi)徑<115mm,介質(zhì)從閥瓣下方流入。

　　KONAN電磁閥控制的根本需求是在其高速運(yùn)行的情況下確保其位置控制的度和性，為說明料流調(diào)節(jié)閥的控制原理和方法，我們有必要先對(duì)料流調(diào)節(jié)閥的運(yùn)動(dòng)及停止過程進(jìn)行分析。

　　KONAN電磁閥提供的高爐爐頂料流調(diào)節(jié)閥的速度動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線。

　　KONAN電磁閥可知，在情況下，要在高速時(shí)準(zhǔn)確停止料流調(diào)節(jié)閥，需要采取以下步驟：

　　(1)在一個(gè)預(yù)定減速角度δj發(fā)出料流調(diào)節(jié)閥由高速轉(zhuǎn)換為低速指令，由圖1可以看出，指令發(fā)出約0.3s后，料流調(diào)節(jié)閥運(yùn)動(dòng)速度由15(°)/s下降到5(°)/s，這期間閥門運(yùn)動(dòng)的開度(閥門減速慣性角δhtj)大約為(15-5)/2×0.3=1.5°。

　　(2)經(jīng)過一段時(shí)間的速度穩(wěn)定期(響應(yīng)曲線上約為0.1s)，閥門速度穩(wěn)定在5(°)/s，該段時(shí)間料流調(diào)節(jié)閥運(yùn)行角度(閥門機(jī)械慣性停車角δltj)大約為0.5°。

　　(3)速度穩(wěn)定后，在距離停車角度為δt時(shí)給出停止指令(速度給定值變?yōu)?(°)/s)，閥門大約經(jīng)過約0.2s后停止，該段時(shí)間料流調(diào)節(jié)閥運(yùn)行角度約為(5/2)×0.2=0.5°。

　　由此可知，要確保料流調(diào)節(jié)閥的準(zhǔn)確停車，確定合適的減速角度δj和停車角度δt十分重要。

　　KONAN電磁閥停止過程的前饋控制就是在其停止控制過程中引入一個(gè)合適的減速角度δj和停止角度δt，通過對(duì)這兩個(gè)角度的控制達(dá)到對(duì)料流調(diào)節(jié)閥開度準(zhǔn)確控制的目的。

　　由于每個(gè)高爐料流調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的特性、高爐控制系統(tǒng)及通信方式不盡相同，因此其料流調(diào)節(jié)閥的減速角度δj和停止角度δt也不盡相同。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)提供的料流調(diào)節(jié)閥特性曲線、高爐控制系統(tǒng)掃描速度以及角度檢測(cè)系統(tǒng)的通信速度等預(yù)算出一個(gè)值，然后在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)對(duì)角度加以校正。

　　KONAN電磁閥為料流調(diào)節(jié)閥附加減速角，考慮各種延時(shí)因素確定，δhtf≈(2TS+Tti)V1，其中，TS為控制器掃描時(shí)間，ms，Tti為編碼器接口延時(shí)時(shí)間，ms，V1為閥門低速運(yùn)動(dòng)初始速度，(°)/s;δhsw為減速穩(wěn)定角，工程中需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整而定，通常調(diào)整為3°左右。佳減速角需要在以上計(jì)算角度的基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際調(diào)整確定。

　　δt通常可由式(2)求出：

　　高爐料流調(diào)節(jié)閥控制方法及改進(jìn)(2)

　　式中，δm為本次設(shè)定停止角;δltf為料流調(diào)節(jié)閥附加停車角，考慮各種延時(shí)因素確定。實(shí)際調(diào)試中，考慮各種綜合因素后，一般取δltj+δltf在3°左右。

　　采用前饋控制方式后，料流調(diào)節(jié)閥在機(jī)械及液壓系統(tǒng)工作正常、工作狀態(tài)穩(wěn)定的情況下基本能夠0.1°左右的控制精度。但高爐投產(chǎn)后，隨著時(shí)間的推移，閥門的機(jī)械及液壓系統(tǒng)特性將發(fā)生一定的變化，這種變化將使控制產(chǎn)生相應(yīng)的誤差。

　　1.3、自適應(yīng)分段線性插值法控制[1]

　　為解決由機(jī)械特性改變而影響控制精度的問題，我們?cè)谇梆伩刂频幕A(chǔ)上又增加了一種被稱為“自適應(yīng)控制的分段線性插值法"的控制算法。該控制理念包含了2種控制方式：首先是把采用了前饋控制方式的料流調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)看做是一個(gè)黑匣子，依據(jù)黑匣子輸入/輸出之間的關(guān)系建立相應(yīng)的控制模型;然后在控制模型的基礎(chǔ)上采用自適應(yīng)控制對(duì)由于機(jī)械特性改變等因素產(chǎn)生的控制誤差進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)正。

　　1.3.1、分段插值法

　　在工程實(shí)際中我們經(jīng)常會(huì)遇到這樣一種情況：對(duì)于某個(gè)控制對(duì)象，其各種控制參數(shù)之間存在某種函數(shù)y=f(x)關(guān)系，我們雖然知道其在一定范圍內(nèi)肯定有解，但卻很難或找不到其確定的函數(shù)關(guān)系，只能通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)得到xi與yi的對(duì)應(yīng)關(guān)系列表函數(shù)。

　　對(duì)于以上問題可采用多種方法求出對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系的解，其中較為簡(jiǎn)單實(shí)用的方法就是“分段插值法"。分段插值法就是用某種簡(jiǎn)單、已知的函數(shù)p(x)，在一定范圍內(nèi)近似地表達(dá)某一未知的表函數(shù)f(x)，通過對(duì)已知近似函數(shù)p(x)的求解，就能近似地求出未知函數(shù)f(x)的解?？蓪⑻娲瘮?shù)p(x)看做如下的一階線性函數(shù)