第九次培训执行器培训报告

执行器知识培训总结

一、概述

执行器根据调节器的输出，改变被控介质物料或能量的大小，实现对被控对象的控制目的，是构成控制系统的重要组成部分。

执行器由执行机构和调节机构组成。

执行机构是执行器的推动装置，它接收调节器的输出信号，产生相应的推力或位移，对调节机构产生推动作用。按照执行机构所使用的能源，可以将执行器分为电动执行器、气动执行器和液动执行器，各自的主要特性如表所示，在实际生产中主要应用电动执行器和气动执行器。

执行器的主要特性表

调节机构是执行器的调节装置，受执行机构的操纵，直接控制能量或物料的输送量。常见的调节机构是调节阀，通过改变阀门的开度来调节阀芯与阀座间的流通面积，以控制被控介质的流量。调节阀要直接与被控介质接触，因此，阀芯与阀体有不同的结构形式，所用的材料也各不相同，以适应不同的应用场合。

阀门定位器功能示意图

阀门定位器是气动执行器的主要附件，与执行机构构成一个负反馈系统（如上图所示），以确保调节阀的正确定位，并能减少调节信号的传输滞后，从而提髙控制系统的调节精度。由于电动执行器中包含有位置发送器，能将位置信号反馈到输人端，构成负反反馈系统，来确保调节阀的正确定位，故不需要附加的定位器。

二、电动执行机构

通常在防爆要求不髙且无合适的气源的情况下，使用电动执行机构作为调节机构的推动装置。

1.工作原理

电动执行机构有角行程与直行程两种，两者的电气原理完全相同，都是将调节器输出的0〜10mA或4〜20 mA直流电流信号，转换成对应的位移信号（角位移或直线位移），去操纵调节机构。

角行程执行机构的基本结构如图所示。伺服放大器对4〜20 mA的输入信号I i与位置反馈信号I t加以比较，并将差值进行功率放大，其输出用于驱动两相伺服电动机正转或反转。

减速器把伺服电机高转速、小力矩的输出功率转换成低转速、大力矩的输出功率，带动执行机构输出轴改变转角（电机正转，转角增大，电机反转，转角减小）。

位置发送器将输出轴的转角（0〜90°）线性转换成4〜20mA的反馈电流I f，送到伺服放大器与输人电流I t相比较，从而构成负反馈系统。当两电流的差值为零时，伺服电动机停止转动，输出轴稳定在与输入电流I i相对应的位置上。

电动执行机构方框图

操作器用于实现控制系统的自动操作和手动操作的相互切换。当操作器的切

换开关处于手动位置时，可以由按钮直接控制电动机的电源，以实现电动机的正转和反转。

三、气动执行机构

气动执行机构有薄膜式和活塞式两种。其中活塞式的特点是行程长，但价格昂贵，只用于特殊需要的场合，常用的气动执行机构是薄膜式的，具有结构简单、动作可靠、维修方便和价格便宜等优点。

1.薄膜式执行机构的工作原理

气动执行机构接收电/气转换器（或电/气阀门定位器）输出的20〜100kPa 气压信号，将其转换成推杆相应的直线位移。薄膜式气动执行机构按动作方式可分为正作用式和反作用式两种，下图为正作用式执行机构的结构。

信号压力增大推杆向下动作的称正作用式执行机构，当信号压力从20kPa增

大到100kPa，推杆从零走到全行程的位置。

信号压力通入到薄膜气室后，在膜片上产生一个推力，使推杆下移压缩弹簧。当弹簧的反作用力与该推力相平衡时，推杆稳定在一个对应的位置上。

实际上，膜片的弹性变化、弹簧的刚度变化及阀杆与填料之间的摩擦力等因素，将使执行机构产生非线性偏差和正、反行程变差，需要通过阀门定位器的作用来加以克服。

信号压力增大推杆向上动作的称反作用式执行机构。与正作用式执行机构不同的是，反作用式执行机构的信号压力通人到膜片的下方，在信号压力增加时，推杆上移。当信号压力从20kPa增大到100kPa，推杆从全行程走到零的位置。

四、阀门定位器

阀门定位器是气动执行器的辅助装置，与气动执行机构配合使用，其主要作用如下。

1.能够克服阀扞的摩擦力，从而提高信号和阀位之间的线性度，保证调节

阀的正确定位。

2.由于阀门定位器能够加快阀杆的移动速度。从而可以减少调节信号的传

递滞后，改善调节系统的动态性能。

3.因阀门定位器能够增大执行机构的输出力，在高压差、大口径、黏性流

体等场合，可以克服介质对阀芯的不平衡力。

阀门定位器包括电/气阀门定位器和气动阀门定位器，输出的都是20〜

100kPa或40〜200kPa气压信号，但前者可直接接收调节器输出的4〜20mA直流电流信号，而后者的输入信号则是20〜100kPa气压信号。

另外，还有数字式阀门定位器，与电/气阀门定位器不同之处在于可以把控制阀的位移信号（数宇）通过HART通信协议传到DCS系统或个人计算机中进行双向通信。

电/气阀门定位器按力矩平衡的原理工作，其结构如图所示。来自调节器的4〜20mA直流电流信号输入到线圈中，与永久磁钢的恒定磁场共同作用，在杠杆上产生电磁力矩。当信号增加时，杠扞逆时针偏转，因挡板靠近喷嘴而使放大器的背压升高。随之而增大的放大器的输出信号作用在执行机构的膜头上，阀杆便下移，经反馈装置在杠杆上产生反馈力矩，使杠杆顺时针偏转。当电磁力矩与

反馈力矩平衡时，阀杆就稳定在一个位置上，实现输入的电流信号与阀杆位移的对应关系。

五、活塞式执行机构

活塞式执行机构（如图所示）的主要部件是汽缸，其允许的操作压力很大（可达0.5MPa），故具有很大的输出力，是一种强力的气动执行机构，适用于高静压、髙压差的场合。

汽缸内的活塞随汽缸两侧压差的变化而移动，按照动作方式，活塞式执行机构可分为二位动作和比例动作。

所谓二位动作就是根据通入到活塞两侧的操作压力大小，由高压侧推向低压侧，使推杆由一个极端位置走到另一个极端位置。操作压力可以一侧固定，另一侧变化，也可以两侧都变化。

所谓比例动作就是执行机构的信号压力与推杆位移成比例关系，信号压力在20〜l00kPa范围变化时，推杆成比例地在全行程范围内作相应的变化。若压力信号增加时活塞带动推杆下移，称为正作用；若压力信号增加时活塞带动推杆上移，称为反作用。

六、小结

在师父的带领下，对执行器进行学习，自己对的执行器原理认识不够，还有很多不足之处，后续还需努力。并将师父的教导运用到实际项目工作中。