阀门粘滞跳跃特性模型实现方法

技术领域

本发明所属领域为过程控制、阀门检测等领域。针对阀门的粘滞跳跃特性，提出了一种基于物理力学分析的模型实现方法。采用该方法可以建立两参数的阀门粘滞跳跃特性模型，用于实现对阀门工作性能的分析和检测，也可以把该模型置于过程控制环路，用于实现对过程控制性能的分析和诊断。

背景技术

在广泛使用的各类过程控制阀门中，其粘滞跳跃特性是衡量一个阀门是否性能合格的重要指标。一般来说，使用初期质量合格的阀门其粘滞跳跃量都很小，不同的阀门有不同的数量指标。而随着阀门在过程控制环路中的不断使用，其自身的磨损和老化将直接导致阀门粘滞跳跃特性增大。当阀门粘滞跳跃特性量大于一定程度时，就会给过程控制环路带来恶劣影响，可能导致生产过程的震荡并使产品控制指标变异而产出废品次品。为此，如何及时地发现阀门的粘滞跳跃量对于确保过程生产合格有效具有重要的意义。然而，传统的方法是将阀门从生产环路中拆下进行离线检测。这种方法将直接导致生产停工，带来的经济损失太大。而且，一般的过程生产环路中使用的各类阀门数量很多，少则几十个，多则数百个。对这么多的阀门依次进行离线检测，费时费力，严重制约过程生产的顺利进行。对阀门的粘滞跳跃特性进行建模，也有一类基于数据驱动的逻辑方法，但那类方法缺少物理力学解释，难以方便使用并应用到过程控制环路的性能分析中。

发明内容

本发明包括阀门结构的物理解释、弹性力分析和阀门运动分析三个方面。

阀门结构的物理解释：我们采用易于物理解释的啮合齿结构来解释阀门的工作。如图1所示，A为主动齿，B为从动齿，分别绕轴A和轴B转动。齿轮A的转动即为阀门的输入驱动力，齿轮B的转动则为阀门的输出转动。齿轮B的轴存在摩擦阻力，当齿轮B要转动则必须克服轴B上的摩擦阻力。摩擦阻力分为两类：从静止到运动需要克服静摩擦力，保持运动则需要克服动摩擦阻力。一般情形，静摩擦阻力大于动摩擦阻力。

齿A和齿B的接触面存在弹性力，因为弹性力是普遍存在的。若齿A要驱动齿B运动，则必须要有足够的力首先抵消两齿之间的弹性力。齿A的驱动力足够大才能作用于轴B并克服相应的摩擦阻力使齿B转动，阀门才有输出。

当阀门有输入时，输入量产生驱动力，使得齿A运动；齿A的运动首先越过齿间游隙与齿B贴合，由于弹性力的存在使得两齿的紧密贴合消耗掉一部分驱动力；如果驱动力足够大，则仍有驱动力作用于齿B并传递到轴B，这一部分驱动力则要克服轴B的静摩擦阻力。如果能够克服静摩擦阻力，则轴B将运动，阀门即有输出。

附图说明

图1阀门物理结构示意图

图2阀门输入输出关系示意图

具体实施方式

实施例1：

(1)指定阀门的粘滞量和跳跃量；

(2)设定阀门的初始状态和运动标志为静止；

(3)给定输入值，输入阀门粘滞跳跃特性模型；

(4)观察阀门输出，并绘制阀门输入输出关系图；

实施例2：

(1)指定阀门的粘滞量和跳跃量；

(2)设定阀门的初始状态和运动标志为运动；

(3)给定输入值，输入阀门粘滞跳跃特性模型；

(4)观察阀门输出，并绘制阀门输入输出关系图；