气体流量控制方法与流程

文档序号:12460810阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种气体流量控制方法,其基于高精度调压阀和多喷管进行控制调节,其特征在于,包括:

步骤一、搭建控制系统:控制系统包括主控计算机、高精度压力传感器、温度传感器、可编程控制器,主控计算机负责向可编程控制器输入所要调节的目标值并储存传感器数据,可编程控制器配备有模拟量采集模块用于采集传感器数值,同时可根据调节目标值和当前传感器测量值通过智能PID控制算法产生控制信号,控制电液伺服油缸推动调压阀芯运动完成总压调节;

步骤二、确定位置闭环调节的PID控制参数:在带气动载荷下进行调压阀位置闭环调节,即打开气源截止阀,气源为正常工作压力范围,使压力传感器数值调压阀前管道静压P1和气源静压P2相等,气源压力与调压阀前压力平衡,调节调压阀的开度,在调压阀总行程内设定一个位移值L1为调压阀位置校准的目标值,以调压阀阀芯位移传感器位移值L0为反馈值,调节PID控制参数,使调压阀定位精度能够到达小于0.5%,记录当前智能PID控制算法产生控制信号I1,关闭调压阀和气源截止阀;

步骤三、拟合当前喷管压力恢复曲线:打开气源截止阀,气源为正常工作压力范围,使气源压力与调压阀前压力平衡,使用步骤二得到的位置闭环调节的PID参数,以调压阀阀芯位移传感器L0(L0为调压阀阀芯位移传感器数值)为反馈值进行闭环控制,使调压阀位置以等差数列进行变化,直至阀门开度继续增大时阀后压力变化很小时关闭调压阀和气源截止阀,同时记录下气源压力气源静压P2、调压阀后总压P0和调压阀位移传感器L0数据,拟合出较为准确的喷管压力恢复曲线,即气源压力和调压阀后总压的比值与阀门开度的关系;

步骤四、根据流量调节大小确定压力闭环时PID控制参数:在有限气源的情况下,根据试验时间需求时,确定压力闭环时PID控制参数;

步骤五、计算出调压阀后总压P:根据空气动力原理由目标流量值G和实测总温T0的值计算得到理论值的总压P;

步骤六、计算出调压阀阀芯位移值L:根据第二步得到的压力恢复曲线计算出调节调压阀后总压P所对应的调压阀阀芯位移值L,即在已知实测压力值P2、调压阀后总压P和调压阀总行程,可计算出调压阀阀芯位移值L;

步骤七、制定控制策略:采用的是先将调压阀进行位置闭环控制,当调压阀芯位置进入位置误差带后转入压力闭环调节;

步骤八、设置控制参数和目标值:根据步骤二、步骤四得到的PID控制参数分别作为位置闭环时和压力闭环的控制参数,根据步骤六得到的调压阀阀芯位移值L作为位置闭环的目标值,根据空气动力学原理在已知流通面积A和空气流量G的情况下,根据当前总温测量值T0就有一个调压阀后总压P0与之对应,由于温度在气体流通时会发生变化,所以调压阀总压设定值是一个随温度变化而改变的变量。压力闭环控制时就以这个变量作为目标值;

步骤九、根据控制策略对气体流量进行控制:打开气源截止阀,打开气源截止阀,使气源压力与调压阀前压力平衡,调节调压阀的开度,使调压阀阀芯位置进入指定误差带后,延迟时间进入调压阀压力闭环调节。

2.根据权利要求1所述的气体流量控制方法,其特征在于:所述步骤四中确定压力闭环时PID控制参数的方法,根据不同流量范围的喷管进行选择,以保证系统不超调。

3.根据权利要求2所述的气体流量控制方法,其特征在于:小流量喷管时,气源为正常工作压力范围时,根据所述步骤三得到喷管压力恢复曲线,计算出调压阀位置校准的目标值L1,所对应的当前气源压力下的调压阀后总压值,将此压力值设置为目标值,当压力闭环调节系统到达稳态时智能PID控制算法产生的输出为控制信号I2,I2应近似等于所述步骤二得到的PID控制算法产生控制信号I1,调压阀在带气动载荷下进行位置闭环到达位置目标值附近某一数值时,阀芯所受的作用力达到平衡,阀芯停止运动,压力闭环达到稳态时也应受力平衡,据此初步得出压力闭环时PID控制参数,打开气源截止阀,使气源压力与调压阀前压力平衡,调整调压阀开度,修改此参数使得压力控制精度达到0.5%。

4.根据权利要求2所述的气体流量控制方法,其特征在于:大流量喷管时,在有限气源情况下,气源压力会产生剧烈变化,如果采用调节小流量选取PID控制参数的方法,在调节开始时所设定的参数暂时满足初始状态下调节需求,随着气源压力快速变化时初始控制参数所产生的输出无法满足调节要求,调压阀芯开启的速度无法跟随气源的变化速度,如果单一增大PID控制能力,会出现超调或震荡的情况。这时就应根据气源变化情况在初始PID控制参数进行实时增益补偿,使得补偿后PID控制算法产生的输出可以满足因气源剧烈变后调节需求。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的气体流量控制方法,其特征在于:延迟时间根据设备所能产生的背压和所需调节空气流量的大小决定。

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