减压阀控制方式选择跟动态响应特性

<一>、减压阀控制方式选择
根据减压阀控制器的控制原理、管网压力管理系统的设计经验以及实际工程应用，减压阀的优化控制方式主要分为以下四种类型：固定出口压力控制、基于时间调节的出口压力控制、基于流量调节的出口压力控制和基于较不利点的出口压力闭环控制。每种控制模式都会产生不同的控制效果，以此选择出一种较优的控制方案用于满足预算成本和实际工程的需要。
1固定出口压力控制
固定出口压力控制即将减压阀后压力设为一个定值，这种控制模式是较简单直接的压力管理方法，因为它除使用减压阀外无需其它附属设备。这种压力控制方式的优势在于：1、不需要供电设施，因此相对廉价；2、运行维护方便。
这种控制方式的缺点是供水系统在不同时段不能灵活地调整水压，因此无法较大限度地降低管网漏失。在许多案例中，由于供水企业不能运行和维护用于压力控制的附属设备，固定出口压力控制常被作为减压阀优化调控的主要手段。
2基于时间调节的出口压力控制基于时间调节的出口压力控制在固定出口压力控制的基础上增设时间控制器，每隔固定时段调节一次先导式减压阀出口压力，使管网压力在非用水高峰时段进一步降低。这种控制方式尤其适用于非用水高峰时(夜间)平均压力较高的管网，其主要优点如下：
(1>控制器使得特定时段的压力调节加灵活，可节约多的水量；
(2)基于时间调节的控制器比基于流量调节的控制器便宜；
(3)控制器相对易于安装和设置；
(4)整个减压系统无需购置流量计，控制器直接与减压阀的导阀连接。
这种控制方式主要的缺点是不能对用水量变化及时做出反应，例如当管网中发生火灾时采用这种控制模式就会产生重大问题。这个问题在某种程度上可以通过安装流量计来解决。另外，基于时间调节的出口压力控制相比固定出口压力控制要贵许多，并需要提供的技术进行运行维护。
3基于流量调节的出口压力控制
当管网压力随用水量变化时，管网中将有多的水量被节省下来，同时爆管率也会降低。在基于流量调节的出口压力控制方式下，在主管段上设置的流量计用于监测记录整个管网的流量，该流量数据被实时发送至与流量计相连的减压阀控制器中，控制器内存储着以流量为参数的出口压力控制曲线，以此确定该时刻的较佳出口压力设定值。
基于流量调节的出口压力控制比基于时间调节的出口压力控制为灵活，较上述两种控制方式能减少多的漏失，但其总成本较高且除减压阀之外另需设置合适口径的流量计。因此这种控制方式在具体应用前需对其经济性作细致分析。
这种控制方式的主要优势为：1、当管网发生异常情况时(火灾、爆管等)供水不会发生中断；2、管网薄弱管段压力平滑的上下波动，可降低管网爆管率。
4基于较不利点的出口压力闭环控制
近几年来，一些闭环系统应用到压力管理的工程案例中，在这些系统中管网较不利点处设有压力传感器，为分区入口处的减压阀控制器提供实时压力数据，进而使较不利点压力在24小时都控制在预先设定的较小服务水头值。这种方式是目前的压力控制模式，可较大限度地降低管网漏失。然而，这种控制方式存在三个缺陷：1、现场实现过程复杂；2、增加较不利点压力传感器与减压阀控制器间的无线通讯成本，使总投资进一步上升；3、由于设备导致压力控制易失效。
综上所述，每一种减压阀控制方式都有各自的利弊，在对特定管网实行压力管理时需综合考虑可支配预算及供水企业技术力量以确定较合理的控制方式。
<二>、电液比例减压阀动态响应特性概述
200X型先导式减压阀的时间响应特性有动态特性和稳态特性。稳态响应是指在某一输入信号的作用后，时间趋于大时系统的输出过程；动态特性是系统在某一输入信号作用下，系统的输出量从初始状态到稳定状态的响应过程，在工程上，评价系统动态性能的好坏，多用时域和频域特性来表示，一般用它的输入电信号阶跃响应和频率响应来表征。在本章中对直动式三通电液比例减压阀的动态频响特性进行仿真分析，影响其动态频响特性的因素。
200X型先导式减压阀控制系统的动态特性用时域特性和频域特性来描述，时域特性的描述主要运用单位阶跃响应或单位脉冲响应，而频域特性用幅频特性曲线图，频域特性分析称频率法，频率法根据系统的闭环或开环频率特性间接求取系统的动态特性指标。
电液比例减压阀的输入电信号阶跃响应特性是指在负载不变的情况下，电液比例减压阀的控制信号发生阶跃变化时，系统的输出量随时间变化的过程所反映出来的特性。
阶跃响应特性的性能指标
延迟时间td：输入阶跃信号时刻至控制输出量响应一次达到稳定值的5%时所需的时间；
上升时间tr：响应曲线从稳态值的10%上升到90%所需的时间；
峰值时间tP：响应曲线到达一次峰值所需时间；
较大超调量的数值，直接说明了系统的相对稳定性。
调节时间1s：响应曲线衰减到与稳态值之差不超过稳态值的士5%时所需时间。
电液比例减压阀的频率响应特性指比例减压阀的输出压力对正弦输入信号的正弦输出响应。当输入一组幅值不变、频率不同的正弦控制输入信号时，不同频率控制输出压力的幅值相对于起始频率时输出压力的幅值比，称为幅频特性；不同频率控制输出压力的相位相对于输入信号的相位差，称为相频特性。用伯德图来表示。
频率特性的性能指标：
幅频宽：指控制输出压力与控制输入量的幅值比下降到0.707时的频率。
相频宽：指控制输出量相对于控制输入量的相位达到90时的频率。