专利名称：恒压控制驱动设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机械领域，尤其涉及一种恒压控制驱动设备。
背景技术：
在使用传统供水方式(如楼顶水箱)的楼宇中，接近顶层的居民家里，用水时经常会出现水量忽大忽小，洗澡水温忽冷忽热的现象，导致这种现象的原因是供水设备的供水压力不足。供水设备一般运转在工频状态，设备启动时，过载电流较大(通常是6倍额定电流)，对周围用电设备造成不良影响。不用水或用水量少时，水泵也运转在工频，从而浪费大量电能。这几年，有厂商使用PLCO^rogrammable Logic Controller，可编程逻辑控制器) 和变频器的方式控制供水压力，这种方式不仅成本较高，而且由于这种方式控制算法采用压差式控制，供水压力只能在一定范围内波动，因此并不能实现真正的恒压供水。另外，在使用PLC和变频器时，通常是将PLC和变频器装在控制箱内，并设置在专门修建的控制室内，为了散热，需要在控制箱上设置有散热孔，这样很难实现箱体的 IP54(Ingress Protection，进入防护)等级(数字5表示电器离尘、防止外物侵入的等级， 数字4表示电器防湿气、防水侵入的密闭程度)。另外，由于PLC和变频器是独立的两个设备，安装时需要分别安装，这样设备之间的连接点多，容易出现故障的点也相对的多，从而导致系统故障后，故障点难以定位。
发明内容本实用新型的目的是提供一种变频恒压控制驱动设备，该实用新型可以使输出压力稳定在设定值，从而能够保证设备恒压工作。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的本实用新型提供一种变频恒压控制驱动器，所述恒压控制驱动设备包括控制器，用于根据终端设备的反馈值与相应的设定值，对所述控制器的输出值，进行 PID (Proportion Integration Differentiation 比例积分微分)控制；驱动器，用于根据所述控制器的控制结果，输出驱动值，并根据该驱动值，驱动终端设备的运行。更进一步优选地，所述控制器包括外部PID控制单元，用于将终端设备的反馈电压值与设定的电压值进行比较，并根据比较结果，对所述控制器的输出电压值，进行PID控制。更进一步优选地，所述外部PID控制单元还包括用于对外部PID控制子单元输出的电压信号进行滤波处理的滤波子单元；用于对所述滤波子单元输出的电压信号进行平滑算法控制的平滑处理子单元。更进一步优选地，所述控制器还包括内部PID控制单元，用于对所述驱动器反馈的转速值与设定的转速值进行比较；并根据比较结果，对所述驱动器输出的转速值进行 PID控制。更进一步优选地，所述内部PID控制单元还包括滑差补偿子单元，用于对内部PID控制子单元输出的转速信号进行滑差补偿。更进一步优选地，所述恒压控制驱动设备还包括设置有容纳空间的壳体；所述壳体包括具有IPM设计等级的上壳体以及与所述上壳体扣合的下壳体。 更进一步优选地，所述下壳体内部设置有雨水导流槽。更进一步优选地，所述恒压控制驱动设备上设置有用于连接CAN(ControIler Area Network，控制器现场网络)控制线的插口。由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型通过控制器对所述控制器的输出值进行PID控制后，驱动器根据所述控制器的控制结果输出的驱动电压值稳定于设定值，从而能够保证设备恒压工作。另外，本实用新型由于将控制器和驱动器集成在一起，这样不仅设备占用的安装空间比较少，而且故障点也相对少，为故障点的定位提供了方便。另外，本实用新型采用IPM等级的设备外壳，可灵活安装在室内或室外。另外，由于本实用新型设置有CAN控制线的插口，所以当多台交互并列连接时，可以很方便的使用CAN控制线连接到各个插口，从而可以通过CAN控制线传输各台设备运行的实时数据，以方便控制各台设备的运行。
图1为本实用新型提供的第一实施例的结构示意图；图2为本实用新型提供的第一实施例的工作原理示意图；图3为本实用新型提供的第一实施例的壳体的结构示意图；图4为本实用新型提供的将恒压控制驱动设备安装在水泵上面的示意图；图5为本实用新型提供的第一实施例的上壳体的结构示意图；图6为本实用新型提供的第一实施例的下壳体的结构示意图；图7为本实用新型提供的两台恒压控制驱动设备并行安装时的示意图。
具体实施方式
PID控制方法是目前PID控制器最常用的一种控制方法，这种控制方法非常简捷， 在进行输出值精确控制时，只需要设定如下四个参数设定值、比例系数、积分时间和微分时间。PID控制器的控制精度主要受比例系数、积分时间和微分时间这三个参数影响。这些参数的大小是根据被控过程的特性来确定的。PID控制器的参数确定的方法很多，概括起来有两大类一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程确定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程确定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行确定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的确定步骤如下(1)、首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)、仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)、在一定的控制度下通过工程经验公式计算得到PID控制器的参数。下面对PID控制的原理进行介绍一、PID控制中的比例控制比例控制前，比例系数参数值不能设置的太小，如果比例系数设置的太小，反而会出现振荡。该值可以根据工程要求或经验值设置。
比例控制是建立与设定值相关的一种运算，并根据执行设备反馈的当前值与设定值之间的偏差，求得运算值(控制输出量)。具体处理情况如下如果当前值在比例带内，运算值根据偏差比例求得，并逐渐减小直到设定值和当前值匹配(即，直到设定值和当前值之间的偏差为0)，此时将运算值作为先前值。若出现静差(残余偏差)，可直接用减小当前值的方法减小残余偏差。比例控制是一种最简单的控制方式。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差 (Steady-state error)。二、PID控制中的积分控制将积分与比例运算相结合，随着调节时间延续可减小静差。积分强度用积分时间表示，积分时间相当于积分运算值到比例运算值在阶跃偏差响应下达到的作用所需要的时间。积分时间越小，积分运算的校正时间越强。但如果积分时间值太小，校正作用太强会出现振荡。在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(System with Steady-state Error)。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小， 直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。三、PID控制中的微分运算比例和积分运算都校正控制结果，所以不可避免地会产生响应延时现象。微分控制能预测误差变化的趋势，可弥补这些缺陷。微分运算采用一个正比于偏差变化率(微分系数)的运算值校正控制。在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。微分运算的强度由微分时间表示，微分时间相当于微分运算值达到比例运算值在阶跃偏差响应下达到的作用所需的时间。微分时间值越大，微分运算的校正强度越强。考虑到PID控制方法的简捷和精确控制的特性，本实用新型在控制器中采用这种 PID控制方法，对控制器的输出进行控制。
以下结合附图对本实用新型提供的具体实施例进行详细地描述。[0052]本实用新型提供的第一实施例是第一种变频恒压控制驱动设备，其结构示意如图 1所示，包括控制器10和驱动器20。其中，控制器10包括外部PID控制单元101和内部 PID控制单元102。该外部PID控制单元101包括第一比较子单元1011、外部PID控制子单元1012、滤波子单元1013和平滑处理子单元1014。该内部PID控制单元102包括第二比较子单元1021、内部PID控制子单元1022和滑差补偿子单元1023。上述部件之间的信号传递关系如下控制器10，根据终端设备的反馈值与相应的设定值，对所述控制器的输出值，进行 PID控制；驱动器20，根据所述控制器的控制结果，输出驱动控制值，并根据所述驱动控制值驱动终端设备的运行。其中，上述控制器10是采用PID控制方法，对控制器的输出值进行控制的，可以采用低成本8位单片机实现，也可以使用其他性能的单片机或控制器实现，如DSP (Digital Signal ftOcessor，数字信号处理)器等。上述驱动器20可以采用变频驱动器，也可以采用其它的驱动器。该第一实施例的工作原理如图2所示，可以看出其通过外部PID控制单元， 输入终端设备的反馈电压值与设定的电压值，然后根据该输入值，对控制器的输出电压进行PID控制。然后通过内部PID控制单元，输入驱动器反馈的转速值与设定的转速值，并根据该输入的转速值对所述驱动器反馈的转速值进行PID控制，并根据控制结果调整驱动器输出的转速值。驱动器根据调整后的转速值，驱动终端设备运行。上述外部PID控制单元101，具体通过如下组件实现其功能第一比较子单元1011，将终端设备的反馈电压值与设定电压值进行比较，获得比较结果；外部PID控制子单元1012，根据所述第一比较子单元1011所获得的比较结果和设定的比例参数，对所述反馈电压值进行比例控制，获得存在稳态误差的电压信号；根据设定的积分时间和积分系数，对所述积分时间内的存在稳态误差的电压信号，进行积分运算，并根据得到的积分运算值，消除所述电压信号中存在的稳态误差；根据设定的微分时间以及设定的微分系数，对相应微分时间段内的消除稳态误差后的电压信号，进行微分运算，并根据得到的微分运算值，对所述消除稳态误差后的电压信号进行校正控制；滤波子单元1013，对上述外部PID控制子单元输出的信号进行滤波处理；可以采用FIR(Finite Impulse Response，有限冲激响应)滤波处理方法，去除信号中由于跳变产生的尖峰等。平滑处理子单元1014，对所述滤波子单元输出的信号进行平滑算法控制。经过外部PID控制单元101对控制器的输出电压进行PID控制后，控制器输出的电压值已经比较平稳，为了更进一步的使控制器输出的电压值平稳，本实用新型通过引入内部PID控制单元102，对所述驱动器反馈的转速值与设定的转速值进行比较；并根据比较结果，对所述驱动器反馈的转速值进行PID控制，并根据控制结果调整驱动器输出的驱动转速值。该内部PID控制单元102具体通如下组件实现其功能第二比较子单元1021，对所述驱动器反馈的转速值与设定的转速值进行比较，并输出比较结果；内部PID控制子单元1022，根据所述第二比较子单元所获得的比较结果和设定的比例参数，对所述驱动器反馈的转速值进行比例控制，获得存在稳态误差的转速信号；根据设定的积分时间和积分系数，对所述积分时间内的存在稳态误差的转速信号，进行积分运算，并根据得到的积分运算值，消除所述电压信号中存在的稳态误差；根据设定的微分时间以及设定的微分系数，对相应微分时间段内的消除稳态误差后的转速信号，进行微分运算， 并根据得到的微分运算值，对所述消除稳态误差后的转速信号进行校正控制。 滑差补偿子单元1023，用于对所述内部PID控制子单元输出的转速信号进行滑差补偿。上述恒压控制驱动设备中，可以通过将独立的控制板放在驱动器内部，通过排线或插孔连接，将控制器10和驱动器20集成在一起。由于控制器10和驱动器20集成在一起，相对现有技术，不仅可以减少安装空间， 而且故障点也会相对减少，给故障点定位和检修带来方便。将控制器10和驱动器20集成在一起，可以为其设置一个壳体(参见图3)，安装位置也可以距终端设备很近，甚至可以安装在终端设备的上面，如图4所示，给出了将恒压控制驱动设备401安装在水泵402上面的示意图，这样可以借助终端设备的风扇吹来的风，进行散热，因此无需单独为上述恒压控制驱动设备设计风扇，从而也无需在恒压控制驱动设备的壳体上设置散热孔。风扇为易耗品，无风扇设计可有效提高设备整体安全使用寿命。由于无需在恒压控制驱动设备的外部壳体上设置散热孔，这样可以将恒压控制驱动设备的壳体的上壳体(参见图5)采用IP54设计等级，下壳体与所述上壳体扣合后，整个壳体也具有IP54防护等级。为了方便雨水等留出，本实用新型在下壳体(如图6所示)的内部设置有的雨水导流槽601，这样雨水等沿电缆线流入壳体后，可收集在导流槽处，经壳体内部上预留的孔 602，将雨水等排出。为了方便多台恒压控制驱动设备交互并列安装，还在上述恒压控制驱动设备上设置有用于连接CAN控制线的插口。多台恒压控制驱动设备交互并列安装时，将高速现场总线CAN的端口连接头，插入各台恒压控制驱动器的插口，可以很方便地将各台恒压控制驱动器连接起来(如图7所示给出将两台恒压控制驱动器交互安装的示意)。这样各台恒压控制驱动设备的运行数据可以通过CAN总线，实时地传输到控制台，从而使管理人员很方便的完成各台恒压控制驱动设备的自动补偿，平稳切换，主角轮换，故障自投等功能，使多台恒压控制驱动器的交互并列运行时更为稳定可靠。本实用新型提供的第二实施例是另一种变频恒压控制驱动设备，其包括控制器和驱动器。与上述第一实施例不同之处在于控制器不包括内部PID控制单元，而仅仅包括外部PID控制单元。外部PID控制单元的结构和功能与上述第一实施例的描述类似，这里不再详细描述。由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型通过控制器对所述控制器的输出值进行PID控制后，驱动器根据所述控制器的控制结果输出的驱动值稳定于设定值，从而能够保证设备恒压工作。另外，本实用新型由于将控制器和驱动器集成在一起，这样不仅设备占用的安装空间比较少，而且故障点也相对少，为故障点的定位提供了方便。另外，本实用新型采用IP54等级的设备外壳，可灵活安装在室内或室外。[0076]另外，由于本 实用新型设置有CAN控制线的插口，所以当多台交互并列连接时， 可以很方便的使用CAN控制线连接到各个插口，从而可以通过CAN控制线传输各台设备运行的实时数据，以方便控制各台设备的运行。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求1.一种恒压控制驱动设备，其特征在于，所述恒压控制驱动设备包括控制器，用于根据终端设备的反馈值与相应的设定值，对所述控制器的输出值，进行比例积分微分PID控制；驱动器，用于根据所述控制器的控制结果，输出驱动值，并根据该驱动值，驱动终端设备的运行。
2.根据权利要求1所述的恒压控制驱动设备，其特征在于，所述控制器包括外部PID控制单元，用于将终端设备的反馈电压值与设定的电压值进行比较，并根据比较结果，对所述控制器的输出电压值，进行PID控制。
3.根据权利要求2所述的恒压控制驱动设备，其特征在于，所述外部PID控制单元还包括用于对外部PID控制子单元输出的电压信号进行滤波处理的滤波子单元； 用于对所述滤波子单元输出的电压信号进行平滑算法控制的平滑处理子单元。
4.根据权利要求2或3所述的恒压控制驱动设备，其特征在于，所述控制器还包括 内部PID控制单元，用于对所述驱动器反馈的转速值与设定的转速值进行比较；并根据比较结果，对所述驱动器输出的转速值进行PID控制。
5.根据权利要求4所述的恒压控制驱动设备，其特征在于，所述内部PID控制单元还包括滑差补偿子单元，用于对内部PID控制子单元输出的转速信号进行滑差补偿。
6.根据权利要求5所述的恒压控制驱动设备，其特征在于，所述恒压控制驱动设备还包括设置有容纳空间的壳体；所述壳体包括具有进入保护IP54等级的上壳体以及与所述上壳体扣合的下壳体。
7.根据权利要求6所述的恒压控制驱动设备，其特征在于，所述下壳体内部设置有雨水导流槽。
8.根据权利要求5所述的恒压控制驱动设备，其特征在于，所述恒压控制驱动设备上设置有用于连接控制器现场网络CAN控制线的插口。
专利摘要一种恒压控制驱动设备，其包括控制器，用于根据终端设备的反馈值与相应的设定值，对所述控制器的输出值，进行比例积分微分PID控制；驱动器，用于根据所述控制器的控制结果，输出驱动值，并根据该驱动值，驱动终端设备的运行。通过控制器的PID控制，能够使驱动器输出的驱动值稳定于设定值，从而能保证设备恒压工作。通过将控制器和驱动器集成在一起，设备占用的安装空间比较少，也方便故障点的定位。通过采用IP54等级的设备外壳，可灵活安装在室内或室外。通过设置有CAN控制线的插口，可以使用CAN控制线传输多台设备运行的实时数据，使多台设备并行运行更为平稳。
文档编号E03B11/16GK202003169SQ20102004696
公开日2011年10月5日 申请日期2010年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者李国智 申请人:上海艾澜达泵业有限公司