预防DKJ执行器超调的一种措施

        DKJ电动执行器在选煤厂许多自动调节系统中作为执行单元使用，它作为一种能够提供直线或者旋转运动的驱动装置，需要随时处于运动状态。在自动调节系统中，执行单元的工作质量至关重要。
        每套自调系统的对象特性，如时间常数，滞后时间和放大倍数都不同。因此，作为执行单元的电动执行器也应有各种工作速度与之对应。系统要求在偏差大时，动作快，动态响应好、调节作用强。在给定值附近小偏差时，要求执行器变化一定要缓慢，避免超调。为此，在分析了时间常数、滞后时间等因素后，得出了预防DKJ执行器超调的一种措施。
        1 被控过程分析
        在选煤生产过程中，重介密度控制系统中的密度控制、磁性物含量控制，矿浆桶（池）液位控制等，都采用PID控制方式。而对于这些过程参数的控制，执行机构常用DKJ电动执行机构。影响被控参数质量的因素往往较多，与时间有关的量常会引起执行器超调。
        1.1 时间常数
        时间常数是描述过程动态特性的参数。过程控制通道的时间常数Tc是指在阶跃干扰作用下，被控变量完成全部变化量的63.2％所需的时间，或保持初始速度达到新稳态值所需的时间。如图1所示，就是重介密度控制系统中密度控制在设定密度改变△q后，密度C的变化过程反应曲线。从反应曲线的起始点b作切线，与新的稳定值C′相交于a点，ab所对应的时间间隔（t2-t1）就是单容量过程的时间常数Tc。因此，时间常数是指在干扰作用后，被控变量由曲线的起始点b，以最大起始速度上升（或下降），直至新的稳定值所需的时间。
        对于由于悬浮液的磁性物含量控制属于多容过程。多容过程的反应曲线是一条S形曲线，时间常数的求法是通过图2中的S曲线的拐点A作切线交横轴于b，交新的稳定值C′于a，ab之间的间隔，就是双容量或多容量过程的时间常数Tc。
        时间常数是反映过程被控变量变化快慢的参数。Tc小，则过程惯性小，被控变量变化速度快，不易控制；Tc太大，则过程惯性大，被控变量变化太慢；在扰动作用频繁时，就得不到好的控制效果。
        1.2 滞后时间    
        从图1和2看，在时间t=0时，输入量改变了△q之后，被控变量C并不立即改变，而是过了一段时间τ0之后才开始变化，由0至t1；这段时间称为纯滞后（或称传递滞后）τ0。图2中，t1与b（即t2）之间的时间间隔就是容量滞后τc。容量滞后的产生是由于要克服双容或多容之间的阻力，也需要一定时间的缘故。时滞是纯滞后与容量滞后之和，可表示为τ=τ0+τc。

图1 单容过程的反应曲线

图2 多容过程的反应曲线

        影响一自动调节系统的因素还有，控制系统的放大系数、被控过程的负荷和被控过程的容量等。
        2 控制原理及预防超调采取的措施
        DKJ电动执行器的电气线路图如图3所示。图中CD为分相电容、SD为可逆电机、RW为位置电位器、K为限位开关。它常与可变程程序控制器PLC联用，在重介悬浮液密度控制系统中，调节补加清水量来改变重介悬浮液密度；调节磁选机分流量来改变重介悬浮液磁性物含量。

图3 DKJ电动执行器电气线路图

        在PLC中，通过PID功能块及其它逻辑运算后，由开关量模块输出电机正转和电机反转信号，驱动继电器控制可逆电机的转动使执行机构动作。由于时滞的原因，往往在执行机构动作之后，被控参数的变化较慢，不能急时消除偏差，就会出现超调，特别是在给定值附近小偏差时，要求执行器变化一定要缓慢，而执行器的变化速度是一定的，更容易出现超调。为此，在PLC程序中增加一段程序来预防出现的超调。使用ModiconTSXQuantumPLC时，LD程序如下：
        程序中IN1、IN2为执行器正反转条件；OUT1、OUT2为PLC驱动执行器正反转继电器输出点；TIME1、TIME2为执行器转、停时间的设定值。TIME1、TIME2的大小是与时滞ττ+τ有关的量，当τc大时，为了防止执行器频繁动作，TIME1、TIME2也应该大，反之亦然。
        3 节器结束语
        自动调节系统，在程序中增加该段程序后，对TIME1、TIME2按大小进行适当调整后，执行器超调现象全部克服。对液动、气动执行器也可以采用此种方法。