氣動薄膜調節閥是一種常見的調節機構，由于其**、可靠的工作性能，在發電廠中得到廣泛的應用。但調節閥存在死區和回程誤差較大的問題，它會造成調節閥流量特性的變化，使調節閥的調節性能下降。如果它的流量特性惡化到一定的程度，可能導致控制回路失去控制能力。在實際調試中，可經過分析和研究，采取一些處理辦法，較好地解決該問題。下面將就調節閥誤差的原因和其工作特性對控制回路的影響進行探討。 1 調節閥工作原理及誤差原因
氣動薄膜調節閥的種類很多，下面以FisherControlValve公司的667MO-EHF型氣動簿膜調節閥為例來進行討論。
1.1氣動薄膜調節閥的組成和工作原理
該閥門的工作行程為22.23mm，氣關式工作，帶電、氣信號（I/P）轉換器和氣動閥門定位器，有斷電源、斷信號和低氣壓保護功能；帶1個二線制閥位反饋裝置。閥門的工作原理是：I/P轉換器把4~20mA控制信號轉換為41.34~206.70kPa的控制氣源信號，閥門定位器把控制氣源信號放大，轉換成為41.34~206.70kPa的工作氣源，推動薄膜閥工作；斷信號和氣源壓力低時，三斷保護閥動作，閉鎖工作氣源管路，保持閥門工作位置不變。
1.2氣動薄膜調節閥產生誤差的因素
1.2.1 閥門本身的因素
假設工作氣源的壓力為P1，閥門下行程時的開度為d1，而上行程時的開度為d2，則閥門在平衡狀態下有關系如式（1），（2）所示：
下行程時：AP=Kd1+f+aΔP1 （1）
上行程時：AP=Kd2+f+aΔP2 （2）
式中A-膜片的面積；
K-彈簧的彈性系數；
f-閥桿與密封套之間的摩擦力；
a-閥芯的有效面積；
ΔP1、ΔP2-閥芯的上、下壓差。
則有：
K（d2-d1）=2f+（ΔP1-ΔP2） （3）
因此閥門上、下行程的回程誤差：
Δd=（d2-d1）=（2f+ΔP1-ΔP2）/K （4）
如果閥芯的上、下行程壓差在d2、d1變化很小時，上式可簡化為：
Δd=2f/ K （5）
但是一般說來，ΔP不隨閥門開度的變化而變化，它只是閥門的1種理想的流量特性，在閥門實際的工作流量特性下，ΔP是隨閥門開度的變化而改變的。因此，閥門的回程誤差還要大一些。
彈簧的彈性系數由（6）式確定：
K=（πr2Pmax-f）/dmax （6）
代入（5）式得：
Δd=2fdmax/（πr2Pmax-f） （7）
當閥門行程dmax=21mm，膜片半徑r=200mm，Pmax=0.196MPa，則
e=Δd/dmax
從上式可以看出，閥桿的摩擦力越小，閥芯的上、下壓差越小，則閥門的回程誤差越小。所以，在實際調試中，應盡量保持閥門動作的靈活性，把閥門的自身阻力減小到*小程度。
1.2.2 閥門定位器和反饋機構
假設閥門本身無摩擦阻力，則閥門本身將無回程誤差。在這種情況下，工作氣源壓力與閥門的行程是線性關系。但是，由于反饋機構連桿的彈性變形及間隙的存在，以及閥門定位器的轉換與平衡機構的機械連接等原因，因此不可避免地會存在回程誤差。
假設在控制氣源壓力為P′時，閥門下行程為d1，工作氣源壓力為P1；上行程為d2，工作氣源壓力為P2，有（8）式存在：
AP=kθ=k′k（d+Δd1）=k′k（d-Δd2） （8）
式中θ-閥門定位器拐臂的轉角；k′-閥門行程對轉角的轉換系數；Δd1、Δd2-位移補償量。
位移補償量用來補償變形和間隙等，使閥門定位器的轉換機構達到乎衡。因此，反饋機構和定位器所產生的回程誤差為：
Δd=Δd1+Δd2 （9）
在上面的關系中，如果反饋??構的連桿強度高、剛性大，連接部分的間隙小，則上、下行程的位移補償量Δd1+Δd2也小，所造成的回程誤差也小。
從閥門定位器和位反裝置與反饋機構連桿的連接情況看，它們連接在同一根反饋連桿上。反饋桿受到X和Z方向的扭力矩，迫使反饋桿彎曲變形。在X，Z方向的扭力矩分別為從Nx=F1a+F2lx，Nz=F2b+F1lz。F1、F2：可由（10）式確定：
F1=N1/r1；F2=N2/r2 （10）
N1，N2從是定位器和反饋裝置的阻力矩，決定于定位器和反饋裝置的性能。可知，由于閥門的行程小，需要減小拐臂的半徑；r1、r2以增大定位器和反饋裝置的放大系數時，F1、F2將成反比增加。如果r1縮小為原來的n1r1、r2縮小為原來的n2r2時，則：
Nx=aN1/n1r1+N2（lx+（1-n2）r2）/n2r2 （11）
Nz=bN2/n2r2+N1（lz+（1-n1）r1）/n1r1 （12）
從（11），（12）式可以看出。扭力矩的增加不只是原來的1/n1、1/n2，而是要大。這就是在調試當中，當我們移動連桿位置以增大拐臂的轉角時，閥門的動作死區和回程誤差大大增加的原因。實際上這種誤差也是閥門誤差的主要因素。因此，為了減小誤差，（1）連桿機構應盡量短，把定位器和位置反饋裝置分開，用2根反饋桿分別連接，以減小反饋桿的扭力矩；（2）采用剛度大、不易撓曲的材料，在扭力矩較大時，反饋桿產生的彎曲變形量??；（3）可以采取加固反饋桿的方法來實現減小變形量的目的。
1.2.3電、氣信號轉換器（I/P）所產生的誤差
I/P轉換器是把4~20mA控制信號轉換為41.34~206.70kPa控制氣源信號的裝置，它是一個線性轉換裝置。雖然因線圈鐵芯、氣動噴嘴和力平衡機構等因素而存在一些非線性誤差，但是這種誤差很小，轉換器的轉換**度可達到0.25%以上。通過實際試驗，I/P轉換器的回程誤差對整個閥門的綜合誤差影響很小。
2 流量特性對調節回路的影響
控制系統中的非線性環節，有飽和特性、死區特性、繼電器特性、間隙特性等4種類型。典型的非線性環節不能進行線性化處理，它們對控制系統的性能會帶來不利的影響。間隙特性可以引起系統不穩定，死區特性會使系統產生穩態誤差等。就氣動薄膜調節閥的工作特性來看，它具有死區、滯環的非線性特性在內。一般說來，閥門的非線性成分較小，因此可以用近似的比例環節來分析線性閥門特性。在控制回路的分析和校正計算中，作為調節機構的閥門就以比例環節來表示。但是，如果閥門的死區和回程誤差很大時，這種近似會產生很大的誤差，會嚴重惡化控制系統的調節品質，因此必須認真對待。
在使用的薄膜調節閥中，一般都是直線流量特性的調節閥，其相對流量與相對開度是線性關系，即單位相對開度變化所引起的相對流量變化是常數，其微分方程為：
dq/du=kf （13）
積分可得：
q=kfu+C （14）
利用邊界條件，可以得出C和kf的值：
C=Qmin/Qmax （15）
Kf=1-Qmin/Qmax （16）
所以：
q=[1+（R-1）u]/R （17）
式中R-調節閥的可調范圍。
（17）式中：
R=Qmax/Qmin （18）
如果調節閥的可調*小流量為*大流量的2%~4%，則R的取值為25~50。當R=40時，流量特性方程為：
q=0.024+0.975u （19）
在調節閥的工作特性上，一方面因通流面積的變化會使閥芯前、后的壓差發生變化，另一方面閥門存在回程誤差及閥門響應遲緩，都會使閥門的工作流量特性發生畸變，在流量特性中包含非線性成分。因此，調節閥的實際特性應是線性環節和1個非線性環節的綜合。其控制系統的組成框圖如圖2所示。
由于死區和回程誤差的存在，流量特性由實線部分畸變成虛線部分，存在滯環特性，如圖3所示。
非線性系統的分析方法有描述函數法和相平面分析法。描述函數法是頻率分析法在非線性系統上的延伸，可以確定控制系統的穩定性和是否存在極限環，但不能提供確切的時間響應特性。對于確定系統的穩定性來說，描述函數法還是很有幫助的。
就薄膜調節閥來說，G（s）相當于閥門的線性流量特性，N（E）是死區和回程誤差所產生的非線性環節。線性部分的傳遞函數可表示為：
G（s）=K/[s（s+1）] （20）
非線性部分N（E）可用一個間隙特性來表示，它的正弦輸入：X（t）=Esinωt的輸出y（t）為：
k--斜率；
E--輸入幅值；
Δ--死區；
ω--角頻率。
由y（t）方程，利用傅立葉變換展開式，我們可以求出滯環間隙特性的描述函數N（E），利用根軌跡分析法，由-1/N（E）和G（jω）的2條根軌跡之間的相對位置來分析N（E）對閉環系統穩定性的影響。如果-1/N（E）的軌跡不被G（jω）的軌跡所包圍，系統就是穩定的；如果-1/N（E）的軌跡被G（jω）的軌跡所包圍，系統是不穩定的；如果存在軌跡交點，系統可能產生持續振蕩。閥門的流量特性在S平面的開環頻率特性曲線是1條在第3象限以R=K為漸近線的拋物線，它不包含（-1，j0）點，系統是穩定的。在有滯環間隙特性存在后，當斜率k和E/Δ不合適的情況下，可能會出現-1/N（E）曲線與G（jω）曲線的交點，使系統出現振蕩。因此，非線性成分的存在，會惡化控制系統的穩定性。