3 标定试验数据及分析

本文基于连续调节阀动态性能测试平台，对上海某厂家连续调节阀进行标定。标定试验台管路连接及测控原理如图6所示。待标定连续调节阀为DN40电动连续调节阀，内部结构如图7所示，厂家标称为线性调节阀。压差传感器精度为0.1级，流量计为0.5级涡轮流量计。试验标定调节阀开度区间为[0.0 5,1]标定步长为0.05，每步长取调节阀两端压差稳定后的20个数据作为一个有效数据点，并记录调节阀流量。标定误差为5%。

图6 连续调节阀动态性能测试平台系统原理图

图7 实验阀门阀体结构图

图8 试验数据开度一开度导纳函数分布图

试验数据分布图如图8所示。从图中可明显分别出试验调节阀性能变化趋势分为两个区域，Ⅰ区为[0.05,0.8]Ⅱ区为[ 0.8,1]，两个区域调节阀开度导纳函数有较大不同。最小二乘法计算得到四条曲线的拟合公式见表2。

表2 标定曲线参数拟合结果

依据表2可知两次递增标定与递减标定误差满足控制误差。故该调节阀的开度导纳函数为式(12）

对比表1，可知该调节阀在I区间[0.05,0.8]范围内，非常近似线性调节阀，其厂家标称基本一致。在II区间[0.8,1]范围内，调节阀表现出等比例特性，与标称不一致。另外分析图8与试验数据可知，当设定调节阀开度为某一值s时，递增情况下，调节开度反馈值为s-δ,（δ> 0)，即测定A(s)值偏大。而递减情况下，调节开度反馈值为s+δ, (δ>0)，即测定A(s)值偏小。在图8中表现为递减标定点多数在递增标定点上方。其原因为该调节阀总是从当前一侧逼近于设定值，并在其执行机构精度范围内满足设定需求。如果单独测量递增或递减，必然导致标定存在较大系统偏差。而标定过程正反标流程可较好的解决该问题。为了表达和计算方便，在工程多数情况下，可将调节阀开度导纳函数的指数n取整，得到式(13)。试验调节阀水力特性状态方程如式(14)，定量地描述出调节阀阀门开度、调节阀两段压差、调节阀流量三者之间的关系，可用于控制器精确控制。

为了验证标定结果，基于阀门水力特性状态方程变形式(15)可估计管路流量:

将上述标定公式写入控制器，在任意两个其他工况下得到计算流量和实测流量的对比如图9，图10。

图9 实测流量与计算流量对比及其相对误差(a)

图10 实测流量与计算流量对比及其相对误差(b)

从图中可得在递增，递减的四个测试工况中，多数点计算流量与实测流量的相对误差均保持在5%以内。开度0.8附近的少数工况点计算流量误差大于5%，但仍在10%以内，可满足多数一般工程需求。

4 结论

阀门水力特性状态方程模型可定量描述调节阀动态调节过程中的调节阀阀位，调节阀两端压差，调节阀流量三者之间的关系。基于该模型的调节阀动态性能标定方法分析工程现场水量连续调节阀的一般标定流程与注意事项。试验分析表明，该方法在一定误差范围内，能准确得到水量连续调节阀的动态特性，满足工程应用需求。