一种双皮膜控制压力方法与流程

本发明涉及燃气阀，具体为一种双皮膜控制压力方法。

背景技术：

1、燃气阀是安装在燃气管道上，用于接通或切断燃气流通，并能调节燃气流量和压力的核心控制装置。其通过改变阀门开度，实现对燃气供给量的精确调控，广泛应用于燃气热水器、壁挂炉、商用锅炉及燃气具等燃烧设备中，是保障燃烧系统安全稳定运行的关键执行元件。

2、传统的单膜片燃气阀，结构简单且成本低廉，能够基于进气压力的变化进行基础的开度调节，实现初步的稳压效果。其在稳定工况下可以满足基本的燃气供应需求，具备较强的可靠性和耐用性，因此在家用及小型商用燃烧设备中得到了广泛应用。

3、但目前燃气阀在使用时仍存在以下几点不足之处：

4、1.压力信息获取受限，传统燃气阀采用单膜片结构，仅能感知进气压力变化，无法获取出气腔的压力反馈信号，导致阀门的开度调节缺乏对出气端实际工况的响应能力，压差信息未能参与控制过程，调节依据单一。

5、2.信号维度缺失引发适配局限，由于缺少对出气压力的感知，传统燃气阀在出气端负载变化时无法自动修正开度；且缺乏与助燃空气压力的信号联动，燃气供给量不能随空气量波动而同步调整，难以在变工况下维持合理空燃比。

6、3.调节策略固化导致工况适应不足，传统燃气阀依赖固定弹簧预紧力作为唯一调节基准，控制策略在出厂时即已固化，无法根据压力变化率识别扰动程度并自适应切换调节模式，因此在压力突变等非稳态工况下，调节速度与精度均受限于机械惯性。

7、针对现有技术的不足，本发明提供了一种双皮膜控制压力方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种双皮膜控制压力方法，解决了上述背景技术中的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种双皮膜控制压力方法，包括以下步骤：

3、s1，设定弹簧预紧力基准：获取目标空燃比对应的预设压力比值，并根据所述预设压力比值设定伺服阀中弹簧的初始预紧力值，作为力学平衡基准；

4、s2，生成压差偏差信号：获取进气测压口和出气测压口的实时压力值，计算实际压差与预设压力比值之间的偏差量，生成偏差信号；

5、s3，电磁力主动补偿开度：当所述偏差信号超出允许阈值时，改变伺服阀的输入电流值，利用变化的电磁力主动叠加至第二膜片的受力面上，以修正第二阀塞的开度位移量；

6、s4，变速率收敛偏差量：实时监测第一膜片腔与第二膜片腔的反馈压力，依据反馈压力动态调整电流变化速率，使所述偏差量逐步收敛至零；

7、s5，切换扰动响应模式：当进气压力或空气信号压力发生阶跃变化时，根据压力变化率切换电流调节模式，以不同响应速度完成开度调节，并在断电后自动复位切断燃气通路；

8、通过监测压力变化率并判别波动程度，依据判别结果切换不同的电流调节模式，使阀塞以与波动程度相匹配的响应速度完成开度调节。

9、优选的，所述步骤s5包括以下步骤：

10、s51，连续采集进气测压口与出气测压口的实时压力值，计算单位时间内的压力变化率，所述变化率表征燃气压力或空气信号压力的波动剧烈程度；

11、s52，将所述压力变化率与预设的第一阈值和第二阈值进行比较，其中第一阈值大于第二阈值，用于判定当前工况处于稳态波动、缓变扰动或阶跃突变中的哪一种状态；

12、s53，当压力变化率超过所述第一阈值时判定为阶跃突变工况，切换至高速响应模式，以第一电流变化速率快速驱动阀塞移动，在预设时间内将偏差量减小至允许范围以内；

13、s54，当压力变化率介于第一阈值与第二阈值之间时判定为缓变扰动工况，切换至低速精调模式，以小于第一电流变化速率的第二电流变化速率驱动阀塞，抑制超调并使偏差平稳收敛至零；

14、s55，当压力变化率低于第二阈值时判定为稳态工况，保持当前电流值不变，维持膜片受力平衡状态，并在断电后自动复位弹簧使阀塞回归初始位置切断燃气通路。

15、优选的，所述步骤s5中：

16、预设包含第一阈值与第二阈值的滞回比较区间；

17、当压力变化率由低值向高值方向穿越时，以第一阈值为基准触发高速响应模式切换；

18、当压力变化率由高值向低值方向穿越时，以第二阈值为基准触发低速精调模式切换，以防止在阈值临界点发生调节模式的频繁往复切换振荡。

19、优选的，所述步骤s4包括以下步骤：

20、s41，实时采集第一膜片腔与第二膜片腔的压力值，分别计算当前时刻压力值与上一时刻压力值的差值，得到两腔各自的压力变化趋势方向；

21、s42，将所述两腔压力变化趋势方向进行比较，若两腔压力同向变化则判定当前调节方向正确，维持当前电流变化速率继续调节；

22、s43，若两腔压力反向变化则判定已越过力学平衡点，立即降低电流变化速率并反向微调电流值，以抑制超调并引导两腔压力重新趋向同向；

23、s44，计算当前偏差量与初始偏差量的比值，当所述比值小于第一预设比例时，将电流变化速率降低至初始速率的指定百分比，进入慢速趋近阶段；

24、s45，当偏差量减小至预设死区范围内时，保持当前电流值恒定输出，判定偏差量已收敛至零并将膜片受力状态锁定于当前力学平衡位置。

25、优选的，所述步骤s44中，慢速趋近阶段具体包括：

26、当所述比值由初始值下降至第一预设比例时，将电流变化速率降低至初始速率的50%，偏差量每减小一个相对比例，电流变化速率相应递减10%，直至电流变化速率降低至初始速率的20%并维持该速率；

27、当偏差量继续减小至初始偏差量的5%以内时，将电流变化速率切换为以指数衰减函数形式逐步趋近于零，使阀塞位移速度与偏差量之间呈非线性衰减关系；

28、且在上述过程中，若实时监测到两腔压力变化方向再次出现反向，则进一步降低当前电流变化速率并施加与当前调节方向相反的小幅补偿电流，用以抑制过调振荡。

29、优选的，所述步骤s3包括以下步骤：

30、s31，偏差信号输入电流驱动模块，计算与偏差幅值正相关的电流补偿量；

31、s32，根据补偿量生成驱动电流施加于线圈，产生电磁驱动力作用于第二膜片受力面；

32、s33，将电磁驱动力与燃气压力、弹簧预紧力矢量叠加，得到合力值及方向；

33、s34，合力开启方向超阈值时驱动阀塞正向移动，关闭方向时反向移动相应位移量；

34、s35，施加电流中持续监测偏差趋势，减小则保持电流，增大则按比例增大电流补偿量直至偏差信号开始收敛。

35、优选的，所述s3中的电磁力主动补偿与s4中的变速率收敛之间采用以下协同控制逻辑：

36、当s5判定当前处于高速响应模式时，s3的电流补偿量按照偏差信号的幅值直接映射输出，s4的电流变化速率限制功能暂时解除，以确保阶跃扰动下的快速响应；

37、当s5判定当前处于低速精调模式时，s3的电流补偿量输出被s4的电流变化速率限制所约束，所述约束为将电流变化速率限定于s4中根据偏差量比值所确定的速率范围以内；

38、当s5由高速响应模式切换至低速精调模式时，以s4中慢速趋近阶段启动时刻的电流值为基准，使电流值按照指定时间常数平滑过渡至精调模式的目标电流值，以防止模式切换瞬间产生电流跳变引起的阀塞冲击。

39、优选的，所述步骤s2包括以下步骤：

40、s21，通过进气测压口采集控制腔进气压力，通过出气测压口采集出气腔出气压力；

41、s22，将同一时刻的进气压力值与出气压力值进行差值运算，得到实际压差值；

42、s23，读取预设压力比值，与实际压差值比较，计算偏差量并生成偏差信号；

43、s24，对连续多个时刻的压力值进行时间序列滤波，消除脉动噪声对偏差量的干扰；

44、s25，将偏差信号输出至电流驱动模块作为补偿量输入，同时发送至上位机显示存储。

45、优选的，在步骤s2中，所述对连续多个时刻采集的进气压力值与出气压力值分别进行时间序列滤波处理：

46、实时采集连续n个时刻的压力值，分别构建进气压力时间序列和出气压力时间序列；

47、对两序列分别进行傅里叶变换，识别基频及谐波分量，确定脉动噪声的主频率区间，根据该主频率区间设定数字滤波器的截止频率，使截止频率低于噪声主频率区间下限值，将高于截止频率的脉动噪声分量滤除，保留缓变直流分量；

48、实时监测滤波后压力信号的平滑度指标，当平滑度指标超出预设范围时，判定当前滤波参数已不匹配实际噪声特征，动态调整滤波器的截止频率或窗口长度，重新执行滤波；

49、将滤波后的进气压力值与出气压力值作为差值运算的输入，同时将滤波前后的压力信号差值作为噪声强度监测值输出至上位监控系统。

50、优选的，所述步骤s1包括以下步骤：

51、s11，根据空燃比确定进气与出气口间的目标压差基准值；

52、s12，结合弹簧系数与膜片面积计算弹簧目标预紧力；

53、s13，旋转调节螺塞调整弹簧至目标预紧力值；

54、s14，经位置标记或传感器确认后锁定调节螺塞；

55、s15，锁定弹簧预紧力作为固定基准并记录出厂参数。

56、本发明的技术效果和优点：

57、1.该双皮膜控制压力方法，通过设置第一膜片与第二膜片，将出气腔压力引入第二膜片，使进气压力与出气压差共同参与调节阀开度的决策过程，相比单膜片结构仅感知进气压力的方式，本发明能够利用压差信息自动调节主阀开度，在出气端负载变化时无需外部干预即可实现稳压调节，提升了压力调节的响应及时性。

58、2.本发明在伺服阀的第二膜片异侧设置与空气管路连通的信号腔，将空气压力信号引入第二膜片的受力体系，与燃气压力、弹簧预紧力共同参与力学矢量叠加，当空气压力波动时，燃气供给量依据叠加后的合力结果自动调整，实现燃气流量对空气压力的跟随补偿，维持变工况条件下的空燃比合理匹配。

59、3.本发明通过测压口实时获取压力偏差量，当偏差超出阈值时以电磁力主动叠加于膜片受力面，修正阀塞开度；同时依据压力变化率识别扰动程度并切换电流调节模式，使不同工况匹配相适应的响应速度，克服了传统机械阀依赖固定基准、无法主动修正及策略单一的局限，提升了非稳态工况下的适应能力。