。液压系统在油路的结构设计上采用溢流阀、伺服阀、传感器均装在阀块上，这样 整个液压系统的管路非常少，外部结构简单，安装方便且能有效减少泄漏，从而影响系统响 应速度。
[0037] 反馈传感器是影响系统精度的重要因素，本系统在压力输出通道上采用大、小量 程不同的两个传感器。大量程传感器的压力范围是7Mpa，综合误差0. 1 %，绝对误差为 〇. 7m ;小量程传感器的压力范围是1. 5Mpa，耐压可达7. 5Mpa，综合误差0. 05%，绝对误差为 0. 08m ;在大深度（不小于150m)时采用大传感器反馈值，在小深度时采用小传感器反馈值， 可以使深度模拟器既具有大的工作范围，同时在小深度时具有较高的精度，在切换点附近 进行平滑处理，从而满足系统的精度要求。两个传感器都具有很高的分辨率，能够满足系统 的分辨率要求。
[0038] 参照附图3,大深度模拟器选用19"标准机柜，上位机（触摸平板工控机）、控制 机箱、电机、油栗、电液伺服阀、传感器等器件均装在机柜内；电机、油栗是产生噪声的根源， 本系统采用高性能的内啮合齿轮栗，流量脉动小，振动小，能够有效地降低工作时产生的噪 声。结构设计中，特别对降低噪音，防止油液污染作了周密考虑。系统外部结构简单，安装 方便。
[0039] 控制系统安装在机柜上部，液压系统安装在机柜下部，上位机安装高度与操作人 员身高相当，方便操作使用；控制机箱（包括PID控制计算机和供电电源）安装在上位机 背后，传感器电源与其余部件电源分开供电并进行隔离，防止干扰；电机、油栗安装在机柜 的底部，油箱悬挂在电机之上，阀块装在油箱顶盖上；滤油器安装在机柜底部，油栗的旁边； 油箱内部具有油液循环油槽，备有注油油滤和放油阀门；电机以及油栗与机柜底部连接处 铺设减振橡胶垫，油栗的吸油管路和出油管路采用软管，减小油栗和电机的振动传递；机柜 的最底层还安装一个承油槽，在管路拆卸时，可防止油液滴在地板上；机柜中间位置（即平 板工控机下方）为附件箱，用于存放电缆、液压油管以及其他附件；深度模拟器的压力输出 端采用双向自封管接头与产品相连。
[0040] 由于深度模拟器的控制对象本质的非线性及参数不确定性，常规的PID方法难以 获得满意的控制效果，所以采用针对性的动态参数修正方法，有效地加快了控制的动态过 程。它的基本思想是：根据PID参数随控制误差变化而需修正的情形，，在深度模拟器的每 个采样时刻获得系统响应值后，根据此时刻系统响应偏离设定值的情况及变化趋势，调节 控制参数以加大或减小控制力度，使输出快速且平稳地趋于设定值。
[0041] 具体为：
[0042] PID控制器的控制量u通过以下公式计算：
[0044] 其中e (k)为第k次采样的控制误差，e (k) = r (k) -y (k)，r (k)为PID控制器第k 次采样的输入指令，y (k)为PID控制器第k次采样接收的反馈。
[0045] kp 为比例系数：kp= {afJleGO |] + (l_a)f2[|e(k) |-|e(k_l) |]}kp。;其中 f J*]和 f2[*]分别为修正函数，通过判断误差的大小和误差的变化方向来调节kp的大小，本实施例 中A [*]和f2[*]取线性函数；a取0~1的实数，调节匕和f 2的权值，实现调节误差和误 差变化率对kp的影响能力的目的，本实施例中取0. 7, k p。为基准比例系数。
[0046] h为积分系数：
[0048] 其中h。为基准积分系数，决定k i随误差大小变化的快慢，e _x为设定的积分有效 上限，μ为调节系数。
[0049] kd为微分系数，由于采取数字算法，微分项对系统的稳定性影响很大，k ,选取不当 会引起系统的振荡，因此匕取一个确定的值，在控制中不进行实时调整。实际上在k p的调 整中已经考虑了误差速率的影响，其在本质上与kd的作用是一致的。
[0050] kp。、k1(]、kd的取值由深度模拟器在现场开始使用时，通过试凑法获得，通过结合现 场适当调节这3个控制参数的变化因子，来达到灵活控制系统模拟的目的。
[0051] kp。、kd、h。的确定遵循以下原则：如果系统产生振荡，依次减小k p。、kd、k1(];如果峰 值超调过大，适当减小kp。、k1(];如果系统反应迟缓，适当增加k p。;如果系统对干扰信号反应 敏锐，减小kd;如果静差过大，增加k lQ。
[0052] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例 性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨 的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1. 一种具有高动态品质的深度模拟器，其特征在于：包括机柜、主控计算机、控制系统 和液压系统；控制系统和液压系统安装在机柜内； 所述控制系统由上位机和PID控制器组成，上位机用于人机操作和界面显示；主控计 算机接收上位机的输入指令后，解算出深度指令并反馈给上位机显示以及输出给PID控制 器；上位机将流程指令输出给PID控制器，PID控制器将流程指令响应输出给上位机以显 示；PID控制器接收液压系统中传感器的压力反馈信号并进行PID控制，PID控制器输出控 制信号给液压系统的伺服阀； 所述液压系统包括油源系统、伺服阀、压力传感器，油源系统向伺服阀提供压力满足深 度模拟器最大深度模拟要求的恒定压力油，伺服阀向外部输出压力；压力传感器测量伺服 阀的输出压力，并将测量的压力信号反馈给PID控制器。2. 根据权利要求1所述一种具有高动态品质的深度模拟器，其特征在于：主控计算机 与上位机通过反射内存、串口和以太网方式进行通讯，上位机与PID控制器通过串口方式 进行通讯；所述上位机采用带有触摸屏的计算机；所述PID控制器采用PC104产品。3. 根据权利要求1或2所述一种具有高动态品质的深度模拟器，其特征在于：液压系 统中的传感器采用大量程传感器和小量程传感器，大量程传感器的压力范围是7Mpa，综合 误差0. 1 %，绝对误差0. 7m ;小量程传感器的压力范围是I. 5Mpa，耐压可达7. 5Mpa，综合误 差0. 05%，绝对误差0. 08m ;当模拟深度小于150m，采用小量程传感器数据，当模拟深度不 小于150m，采用大量程传感器数据。4. 根据权利要求3所述一种具有高动态品质的深度模拟器，其特征在于：所述油源系 统包括油箱、电机、油栗、单向阀、滤油器、蓄能器、溢流阀、油源压力表；电机驱动油栗转动， 油栗从油箱吸油，液压油经过单向阀后由滤油器进行过滤，而后输出给蓄能器，蓄能器和溢 流阀使油压恒定在满足深度模拟器最大深度模拟要求的压力上，油源压力表显示油源系统 的输出压力。5. 根据权利要求4所述一种具有高动态品质的深度模拟器，其特征在于：控制系统安 装在机柜上部，液压系统安装在机柜下部，上位机安装高度与操作人员身高相当；传感器电 源与其余部件电源分开供电；电机、油栗安装在机柜的底部，油箱悬挂在电机之上，阀块装 在油箱顶盖上；油箱内部具有油液循环油槽，备有注油油滤和放油阀门；电机以及油栗与 机柜底部连接处铺设减振橡胶垫，油栗的吸油管路和出油管路采用软管；机柜的最底层还 安装一个承油槽。6. 根据权利要求5所述一种具有高动态品质的深度模拟器，其特征在于：溢流阀、伺服 阀、传感器均安装在整体阀块上。7. -种权利要求1所述具有高动态品质的深度模拟器的控制方法，其特征在于：PID控 制器的控制量u通过以下公式计算： u = kp [e (k) -e (k~l) ] +k；e (k) +kd [e (k) ~2e (k~l) +e (k~2)] 其中e(k)为第k次采样的控制误差，e(k) =r(k)-y(k)，r(k)为PID控制器第k次采 样的输入指令，y (k)为PID控制器第k次采样接收的反馈； kp为比例系数：k p= {af i [ I e (k) I ] + (1-a) f2 [ I e (k) H e (k-1) I ]} kpQ;其中 f i [*]和 f2[*]分别为修正函数，a取0~I的实数，kp。为基准比例系数； h为积分系数：其中Ic1。为基准积分系数，e _x为设定的积分有效上限，μ为调节系数； kd为微分系数，取定值； kpD、k1(]、kd的取值由深度模拟器在开始使用时，通过试凑法获得。
【专利摘要】本发明提出一种具有高动态品质的深度模拟器及其控制方法，主控计算机接收上位机的输入指令后，解算出深度指令并反馈给上位机显示以及输出给PID控制器；上位机将流程指令输出给PID控制器，PID控制器将流程指令响应输出给上位机以显示；PID控制器接收液压系统中传感器的压力反馈信号并进行PID控制，PID控制器输出控制信号给液压系统的伺服阀；油源系统向伺服阀提供压力满足深度模拟器最大深度模拟要求的恒定压力油，伺服阀向外部输出压力；压力传感器测量伺服阀的输出压力，并将测量的压力信号反馈给PID控制器。本发明对传统的PID控制中产生的问题进行修正，最大限度的降低其对控制系统的影响，有效地加快了控制的动态过程。
【IPC分类】G05B17/02
【公开号】CN105353647
【申请号】CN201510810399
【发明人】陈静, 张宇, 李鹏, 代迪聪, 熊淑贞, 闫彦, 赵钰
【申请人】中国船舶重工集团公司第七〇五研究所
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年11月20日