调节阀-输流管道系统在现代工业自动化过程控制中占有相当重要的地位,其整体的动态特性影响整个工业控制过程的性能。调节阀和输流管道的振动造成了诸多安全事故,严重影响企业的经济效益。本文以调节阀-输流管道系统为研究对象,考虑系统中的非线性因素,通过建立和求解系统的传递矩阵模型,分析系统的动态特性及响应。首先,根据阀门定位器的工作原理,推导出气动控制力的计算公式;根据阀门节流处流体流量与压力流速的关系,推导出流体不平衡力的计算公式;分析了阀杆所受摩擦力的方式,计算了摩擦力的大小;根据单座式调节阀和的结构和工作原理,建立了考虑非线性流体力和库伦摩擦力的阀芯-阀杆系统的非线性动力学模型,推导了对应的等效线性动力学模型;利用MATLAB软件并结合龙格库塔算法,分析了调节阀阀芯-阀杆系统在不同工况(压差、开度、流向)下的非线性动力学响应。仿真分析结果表明,开度越小,压差越大,阀芯稳态位移相对目标开度的偏移量数值越大;流开状态阀芯稳态位移高于目标开度,流闭状态稳态位移低于目标开度;在小开度下,流闭状态下的稳态位移偏移量数值小于流开状态;在大开度下,流开状态比流闭状态稳态位移偏移量大;大压差下,流开状态与流闭状态稳态位移偏移量几乎相等。通过等效线性模型和非线性模型的仿真分析结果对比,非线性模型能比较真实的反应阀芯的振动情况,因此,对调节阀设计而言,采用线性模型更偏于保守。其次,建立了有上述阀芯-阀杆系统等效线性动力学模型和输流管道八方程流固耦合线性模型构成的调节阀-输流管道系统模型,采用多体系统线性传递矩阵法对线性调节阀-输流管道系统的动态特性进行了分析,得出了系统在有水情况下的固有频率和振型,与有限元的结果误差在7%以内;此外,进行了调节阀-管道流体系统的频域和系统对简谐激励的响应仿真分析,结果表明:在同一个定开度下,压差对振动幅值的影响是一致的压差越大,振动幅值越大,同一个压差下,开度越小,振动幅值越大;小开度下(1～5)mm,振动幅值随开度变化较大,大开度下(10～20)mm,振动幅值较小,且随开度变化小,小压差-下(0.1～0.5)MPa,振动幅值随压差变化较小,大压差下(1～2)MPa,振动幅值随压差变化很大;小开大压差下,阀芯的振动幅值超过固定开度,阀门会出现瞬间关闭的现象。最后,采用多体系统传递矩阵法与动力学方法的混合方法对非线性调节阀、线性输流管道的调节阀-输流管道系统进行不同压差工况下时域分析和非线性调节阀、非线性流固耦合输流管道的调节阀-输流管道系统进行定性地时域分析,并将非线性阀和线性阀的调节阀-输流管道系统进行振动幅值的比较,结果表明:压差对阀体和阀芯的影响很大,压差越大,阀体的振动幅值变大,阀芯的振动幅值减小,但是阀芯的平衡位置偏离目标开度的偏移量变得很大;在大压差下(1MPa～2MPa),阀芯振动幅值瞬间超过阀门开度,阀门会出现瞬间关闭的现象;非线性阀的调节阀-输流管道模型比线性阀的调节阀-输流管道模型的振动幅值大;非线性流固耦合会导致输流管道的横向振动不稳定,流体压力的脉动也受到横向振动的影响;流速的激励系数越大,振动的幅值越高;激励频率越大,振动幅值有所衰减;具有阀的管道比无阀管道振动幅值大很多,带管道的阀受到管道的影响,导致阀芯振动不稳定,可能会给阀芯带来严重的后果。