KONAN電磁閥開關過程存在的問題分析

　　KONAN電磁閥在氣源壓力一定時截止閥的氣缸力主要與氣缸內徑有關,氣缸內徑主要與閥桿的受力有關。截止閥閥桿軸向受力有介質靜壓力QMJ、密封力QMF、摩擦力QT 和閥桿自重G等。對閥桿進行初期受力分析時,可以忽略摩擦力和自重的影響,待氣缸內徑確定后再復驗氣缸力是否能夠克服摩擦力。介質靜壓力在閥門口徑、壓力和密封結構確定的條件下為已知力,密封力需要計算。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,在接觸應力的作用下發(fā)生彈塑性變形,球體上會出現(xiàn)一個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)確定的氣缸直徑驗算密封面的實際比壓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(屈服強度σsT=160MPa, 許用比壓〔q）=80MPa ) , 閥體材料為0Cr18Ni9 (屈服強度σsG =205MPa) ,閥門氣缸內徑<115mm,介質從閥瓣下方流入。

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

　　KONAN電磁閥提供的高爐爐頂料流調節(jié)閥的速度動態(tài)響應曲線。

　　KONAN電磁閥可知，在情況下，要在高速時準確停止料流調節(jié)閥，需要采取以下步驟：

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

　　(2)經過一段時間的速度穩(wěn)定期(響應曲線上約為0.1s)，閥門速度穩(wěn)定在5(°)/s，該段時間料流調節(jié)閥運行角度(閥門機械慣性停車角δltj)大約為0.5°。

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

　　由此可知，要確保料流調節(jié)閥的準確停車，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合適的減速角度δj和停止角度δt，通過對這兩個角度的控制達到對料流調節(jié)閥開度準確控制的目的。

　　由于每個高爐料流調節(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，因此其料流調節(jié)閥的減速角度δj和停止角度δt也不盡相同。在實際工程設計中，可以根據(jù)提供的料流調節(jié)閥特性曲線、高爐控制系統(tǒng)掃描速度以及角度檢測系統(tǒng)的通信速度等預算出一個值，然后在現(xiàn)場調試中通過現(xiàn)場實驗對角度加以校正。

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

　　δt通常可由式(2)求出：

　　高爐料流調節(jié)閥控制方法及改進(2)

　　式中，δm為本次設定停止角;δltf為料流調節(jié)閥附加停車角，考慮各種延時因素確定。實際調試中，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，料流調節(jié)閥在機械及液壓系統(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。但高爐投產后，隨著時間的推移，閥門的機械及液壓系統(tǒng)特性將發(fā)生一定的變化，這種變化將使控制產生相應的誤差。

　　1.3、自適應分段線性插值法控制[1]

　　為解決由機械特性改變而影響控制精度的問題，我們在前饋控制的基礎上又增加了一種被稱為“自適應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節(jié)閥系統(tǒng)看做是一個黑匣子，依據(jù)黑匣子輸入/輸出之間的關系建立相應的控制模型;然后在控制模型的基礎上采用自適應控制對由于機械特性改變等因素產生的控制誤差進行動態(tài)補正。

　　1.3.1、分段插值法

　　在工程實際中我們經常會遇到這樣一種情況：對于某個控制對象，其各種控制參數(shù)之間存在某種函數(shù)y=f(x)關系，我們雖然知道其在一定范圍內肯定有解，但卻很難或找不到其確定的函數(shù)關系，只能通過現(xiàn)場實驗得到xi與yi的對應關系列表函數(shù)。

　　對于以上問題可采用多種方法求出對應函數(shù)關系的解，其中較為簡單實用的方法就是“分段插值法"。分段插值法就是用某種簡單、已知的函數(shù)p(x)，在一定范圍內近似地表達某一未知的表函數(shù)f(x)，通過對已知近似函數(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)