1 前言
电动调理阀通常作为自动控制系统的一个组成部分 ，被用来对气体的流量或压力进行调理。可是电动调理阀的输入和输出之间的关系很难用一个准确的数字模型来描述。这不可是由于阀门输出特性的非线性 ，而其由于流过阀门气体的流量和阀门前后的压降相互影响难以盘算。以流量控制为例 ，当阀门前后压力牢固时流量仅与阀门的开度有关 ，但在大大都情况下 ，当阀门的阀位变革时 ，阀门前后压力也会随之变革 ，这就时流量增益的盘算十分困难。事实上 ，由于阀门前后的压力在扰动因素的作用下也会爆发波动从而引起流量的变革 ，流过阀门气体的流量与阀门的开度不保存一一对应的关系。由于数学模型的不确定 ，直接以阀板的开度作为利用变量不可很好地满足系统的要求 ，甚至可能导致事故的爆发。然后尽管阀门的开度与流量或压降之间的解析关系不易获得 ，可是借助丈量仪表却可以便当地对阀门在某一开度下的流量或压降进行丈量。
针对阀门的输出易丈量不宜盘算的特点 ，步进式控制不直接对输入信号进行响应 ，而是分若干个牢固的步长 ，使输入信号一步一步地迫近设定量。在阀板转动一个步长之后都对阀门的流量或压降进行一次丈量 ，控制盘算机凭据丈量值和设定值比较的结果 ，确定下一步阀板转动的偏向 ，直至丈量值与设定值的差值小于划定误差时为止。
2 步进式控制的程序设计和参数设定
步进式控制的程序设计不涉及数学模型的剖析和求解 ，因而相比照较简单 ，一般用梯形图就可以实现。程序设计框图见图1。在程序设计中需要设定两个参数 ，及步长和采样周期。这两个参数对控制系统的精度和响应速度影响较大 ，设准时应综合考虑系统对控制精度和响应速度的要求。
图1 步进式控制的程序框图
2.1 步长的设定
电动执行机构可简化为由继电环节和通报函数两部分组成的闭环控制系统 ，如图2所示。这个闭环控制系统是以电压信号 Us（即 I/V 转换后的信号）为输入 ，位置反响信号 Uf 为输出。只要 |e|>h ，伺服电机就会获得巨细为 Ua 的供电电压。这时的前向通报函数为：
式中 ，m 为 |e|>h 开始的时刻 ，n 为 |e|>h 结束的时刻。
对式(1)进行拉氏反变换 ，可以获得位置反响信号 Uf ，即阀板位置的变革纪律为：
图2 电动执行机构原理
当步长较大 ，一个步长所经历的时间较长时 ，式中的非线性项 e-(t-m) 和 e-(t-n) 对响应速度的影响较小。反之非线性因素对响应速度的影响较大。由此可见 ，步长越小 ，控制精度越高 ，但响应速度越慢。步长的设定可以在系统的调试历程中凭据对控制工具的丈量结果进行 ，阀板转动一个步长所引起的流量或压降的最大变革量略小于系统允许余差的 2 倍即可。
2.2 采样周期的设定
采样周期的设定取决于步长的设定。步长越大 ，阀板转动一个步长使控制工具从一个稳定状态过渡到下一个稳定状态所经历的时间越长 ，相应的也需要较长的采样时间。采样周期的设定也可以在系统的调试历程中进行 ，采样周期应略长于阀板转动一个步长所引起的阀门的输出的变革抵达稳定值所需要的最长时间。
3 步进式控制的控制性能剖析
3.1 余差
步进控制法德余差与步长的设置有关。如果凭据一个步长所引起的被空置量的最大变革量略小于静态允差的原则设置步长 ，则岂论电动调理阀用于稳定系统照旧用于追随系统 ，其输出的余差都不会大于系统的静态允差。
3.2 超调
由于盘算机输出的是牢固的小增量 ，并且对应于每一个这样的小增量控制工具的变革量不大于静态允差的 2 倍。故接纳步进控制法阀门输出的超调量在数值上不大于系统的静态允差。
3.3 响应速度和过渡时间
因为阀门执行机构中惯性等因素的保存 ，使阀门在开闭历程中保存非线性。凭据通例的控制纪律阀门每次在运动连续的时间较长 ，非线性的影响往往可以忽略不计。
在步进式控制中 ，阀门的输出抵达设定量需要通过若干步长才华完成。正是由于每一步中非线性项的累积影响 ，使得步进式控制的响应速度比其他控制方法慢 ，过渡时间长。并且控制精度越高响应速度越慢。图3是假定阀门增益为常量 3 ，继电环节输出 Ua 为0.01 ，执行机构通报函数为 1/N(s+1) ，选取步长为 0.01 ，采样周期为 8s ，步进式控制对单位阶跃输入的响应速度与直接响应法获得相同输出稳态值时的响应速度比较的 simulink 仿真图（图3）。从图中可以看出前者的过渡时间约 260s ，此后者的过渡时间仅约 80s ，二者的响应速度相差 2 倍以上。
图3 步进式控制响应速度的比较
4 步进式控制的应用
济钢 500t pd 环形套筒石灰窑使用转炉煤气生产炼钢用活性石灰 ，对应一定的生产率 ，要求单位时间内进入石灰窑的煤气的总发热量基本坚持恒定。由于煤气的热值波动规模较大 ，需要凭据生产率和煤气的热值以及该生产率下单位产品的热耗盘算出对应的煤气流量。通过控制煤气流量来稳定入窑煤气的总发热量。运用步进式控制要领 ，通过煤气总管电动调理阀对煤气流量进行调理。首先凭据工艺需要将煤气流量偏差的允许值设定为 ±100m3/h ，煤气流量在这个规模内波动对石灰的焙烧工艺没有明显影响。然后凭据 2.1 和 2.2 所述的要领将步长值设置为阀板总开度的 3%；将采样周期设置为 5s。
上述要领实施后 ，燃烧室和循环气体温度的波动基本消除 ，石灰质量明显提高。
别的 ，步进式控制法还应用于济钢（马）中板厂加热炉空然配比自动控制和济钢第三炼钢厂 4 号连铸机水处理水压自动控制等系统中。
5 结语
步进控制法是凭据对控制工具的丈量结果来决定阀门开闭偏向的 ，并且每次开闭的位移量是牢固的 ，不需要借助数学模型来确定控制纪律。适用于数学模型不宜求取或数学模型不确定的场合。该制法控制电动调理阀 ，由于每一次的位移量小 ，爆发的误差也小�？梢允构ぞ咴诵衅轿� ，静态误差也可以控制在一个较小的规模。与接纳对输入量直接响应的控制要领相比响应速度较慢 ，不适用于对响应速度要求较高的场合。但对一般的工业历程而言 ，其响应速度已经足够。
