預防DKJ執行器超調的一種措施

摘要：在介紹自動調節系統的被控過程基礎上，對DKJ電動執行器與PLC聯用出現的超調進行了分析，給出了預防超調在PLC中程序。

關鍵詞：DJK執行器 滯后時間 超調

DKJ電動執行器在選煤廠許多自動調節系統中作為執行單元使用，它作為一種能夠提供直線或者旋轉運動的驅動裝置，需要隨時處于運動狀態。在自動調節系統中，執行單元的工作質量至關重要。每套自調系統的對象特性，如時間常數，滯后時間和放大倍數都不同。因此，作為執行單元的電動執行器也應有各種工作速度與之對應。系統要求在偏差大時，動作快，動態響應好、調節作用強。在給定值附近小偏差時，要求執行器變化一定要緩慢，避免超調。為此，在分析了時間常數、滯后時間等因素后，得出了預防DKJ執行器超調的一種措施。

1 被控過程分析

在選煤生產過程中，重介密度控制系統中的密度控制、磁性物含量控制，礦漿桶（池）液位控制等，都采用PID控制方式。而對于這些過程參數的控制，執行機構常用DKJ電動執行機構。影響被控參數質量的因素往往較多，與時間有關的量常會引起執行器超調。

1.1 時間常數

時間常數是描述過程動態特性的參數。過程控制通道的時間常數Tc是指在階躍干擾作用下，被控變量完成全部變化量的63.2％所需的時間，或保持初始速度達到新穩態值所需的時間。如圖1所示，就是重介密度控制系統中密度控制在設定密度改變△q后，密度C的變化過程反應曲線。從反應曲線的起始點b作切線，與新的穩定值C′相交于a點，ab所對應的時間間隔（t2-t1）就是單容量過程的時間常數Tc。因此，時間常數是指在干擾作用后，被控變量由曲線的起始點b，以最大起始速度上升（或下降），直至新的穩定值所需的時間。

對于由于懸浮液的磁性物含量控制屬于多容過程。多容過程的反應曲線是一條S形曲線，時間常數的求法是通過圖2中的S曲線的拐點A作切線交橫軸于b，交新的穩定值C′于a，ab之間的間隔，就是雙容量或多容量過程的時間常數Tc。

時間常數是反映過程被控變量變化快慢的參數。Tc小，則過程慣性小，被控變量變化速度快，不易控制；Tc太大，則過程慣性大，被控變量變化太慢；在擾動作用頻繁時，就得不到好的控制效果。

1.2 滯后時間

從圖1和2看，在時間t=0時，輸入量改變了△q之后，被控變量C并不立即改變，而是過了一段時間τ0之后才開始變化，由0至t1；這段時間稱為純滯后（或稱傳遞滯后）τ0。圖2中，t1與b（即t2）之間的時間間隔就是容量滯后τc。容量滯后的產生是由于要克服雙容或多容之間的阻力，也需要一定時間的緣故。時滯是純滯后與容量滯后之和，可表示為τ=τ0+τc。

影響一自動調節系統的因素還有，控制系統的放大系數、被控過程的負荷和被控過程的容量等。

2 控制原理及預防超調采取的措施

DKJ電動執行器的電氣線路圖如圖3所示。圖中CD為分相電容、SD為可逆電機、RW為位置電位器、K為限位開關。它常與可變程程序控制器PLC聯用，在重介懸浮液密度控制系統中，調節補加清水量來改變重介懸浮液密度；調節磁選機分流量來改變重介懸浮液磁性物含量。

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圖3 DKJ電動執行器電氣線路圖

在PLC中，通過PID功能塊及其它邏輯運算后，由開關量模塊輸出電機正轉和電機反轉信號，驅動繼電器控制可逆電機的轉動使執行機構動作。由于時滯的原因，往往在執行機構動作之后，被控參數的變化較慢，不能急時消除偏差，就會出現超調，特別是在給定值附近小偏差時，要求執行器變化一定要緩慢，而執行器的變化速度是一定的，更容易出現超調。為此，在PLC程序中增加一段程序來預防出現的超調。使用Modicon TSX Quantum PLC時，LD程序如下：

程序中IN1、IN2為執行器正反轉條件；OUT1、OUT2為PLC驅動執行器正反轉繼電器輸出點；TIME1、TIME2為執行器轉、停時間的設定值。TIME1、TIME2的大小是與時滯τ=τ0+τc有關的量，當τc大時，為了防止執行器頻繁動作，TIME1、TIME2也應該大，反之亦然。

3 結束語

自動調節系統，在程序中增加該段程序后，對TIME1、TIME2按 大小進行適當調整后，執行器超調現象全部克服。對液動、氣動執行器也可以采用此種方法。