关于阀门执行器的死区的几点思考

一）标准规定

阀门

在国家推荐标准《GT/T 28270-2012智能型阀门电动装置》中，对死区的定义和要求如下：

死区 dead band，不能引起行程有任何变化的正反方向输入信号的区间，以信号值范围的百分数表示。

5.4.1调节型智能电装除满足5.1~5.3的要求外，其基本误差、回差、死区应满足表13的规定。

表13. 基本误差、回差和死区限值

6.4.4 死区试验

智能电装的死区应在额定行程25%、50%、75%三点上按下列步骤测量：

a) 缓慢改变(增大或减小)输入信号，直至输出轴有一个可觉察的行程变化，并记录此时输入信号值I1；　

b) 在相反方向上缓慢改变输入信号，直至输出轴有一个可觉察的行程变化，并记录此时输入信号值I2；　

按式(4)计算死区：

(式4)。

式中：

－死区，％。

I1、I2－实测输出位置信号，单位为毫安(mA)；

I-输出位置信号范围，单位为毫安(mA)；

其值应不超过5.4.1的规定；

比如12mA的电流对应执行器的开度为50%，

当电流从小到大变化，达到11.9mA时，开度变成50%，即I1为11.9mA；

当电流从大到小变化，达到12.1mA 时，开度变成50%，即I2为12.1mA；

而电流20mA对应最大的开度100%，即I为20mA；

这样，在规定行程50%的点上，我们得到执行器的死区为:

二）死区影响

按我的理解，推荐标准规格了执行器最小死区的要求，但是实际使用过程中，

考虑到所输入控制信号的精度以及受到的干扰情况，执行器的死区必须是一个可调节的范围，且需要提供接口给用户设置。

如果执行器的死区太大，则会导致调节精度减小执行器输出不能很好地跟踪输入信号。

很可能使执行器调节阀滞留在某个位置不动作，即调节器输出信号不能对整个系统进行控制，造成控制系统的控制性能下降。

死区太小会出现自振荡，所谓振荡是指输入的控制信号没有改变时，执行器在某一位置来回动作几下或者永远动作，或控制信号改变而执行器运在运行到反指定位置时来回频繁动作许多下才能停下来或者根据停不下来。

一般死区在0.75%-1.5%比较常见，如果对精度要求不高，也可以设置为2.5%。

如果死区设为0.75%以下，执行机构很容易产生振荡，这主是由信号的不稳定性造成的。

由于死区设置太小而导致的执行器振荡

三）几点总结

根据从网上查找到的相关信息，并加上个人理解，总结如下：

1) 死区出厂默认值为1%，必须要提供接口进行设置

2) 最小不低于0.75%

3) 在所有工作环境下，考虑50%余量的情况下，输入信号的精度e与死区Δ的关系应该满足

,当把死区设置为1％时，输入信号的精度需要达到0.5%；

四）大厂执行器关于死区的规格定义　

rotork的执行器定义如下：

如果执行器振荡或响应了不必要的信号，则死区应增大;

如果需要更精确的控制，死区应减小。

范围为 00—99 对应控制点信号 0%—9.9%

正常情况下，最小死区不得小于1%；　

rotork执行器的死区说明

五) PWM输出转4-20mA信号的精度分析

在不少4-20mA电流输出模块中，处理器输出PWM，经过低通滤波器滤为直流再通过4-20mA电流输出模块转为电流信号。

它们容易实现，也很便宜，非常适合一些低性能的应用。

实现它们的方法是滤除PWM信号中的高频分量，只留下正比于占空比的低频或直流分量。但是低通滤波器并不能完全滤除PWM频率，因此低频/直流信号中通常都会有一定程度的纹波。

比如PWM信号的频率为1KHz，由R、C组成的低通滤波器的时间常数为20ms；　

PWM信号的低通滤波电路

C1两端直流电压的充放电方程为：

当占空比为50％时，在一个周期内，直流电压的波动范围为：

而占空比为100%时，输出电压约为B；

所以直流电压的纹波转换为满量程的精度为：

使用该4-20mA信号控制执行器，至少需要半死区设置为5%。

减少PWM DAC纹波的方法一般有两种。

一种是降低低通滤波器的截止频率，另一种是提高PWM信号的频率。

当把时间常数调整为100ms时，直流电压精度大概为0.5%；　

当对精度有要求时，需要采用通过D/A输出生成的4-20mA电流信号。

而不能使用PWM模块滤波生成的4-20mA电流信号。