专利名称：一种控制轮胎径向载荷的pid控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种轮胎检测的试验控制装置，特别涉及一种符合轮胎特性的控 制轮胎径向载荷的PID (比例_积分_微分调节)控制器。
背景技术：
在工业生产中，为实现整个控制过程具有良好的可控制效果和鲁棒性，常需要用 闭环控制方式来实现温度、压力、流量等连续变化的模拟量控制。无论使用模拟控制器的模 拟控制系统，还是使用计算机(包括PLC)的数字控制系统，PID(比例-积分-微分控制器) 控制都得到了广泛的应用，当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学 模型时，控制理论的其它技术又难以采用时，最适合使用的是PID控制技术。目前，M00G， AT0S等液压元件生产公司均有相应的PID控制产品，但其生产的PID控制产品大多为通用 型，采用其自产配套使用的伺服阀和伺服油缸来进行控制，这种控制方式的控制精度较低， 不但不符合轮胎试验的特殊性要求，而且其价格还十分昂贵。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种具有高控制 精度的控制轮胎径向载荷的PID控制器。 本实用新型所采用的技术方案是一种控制轮胎径向载荷的PID控制器，包括设 定单元，设定检测系统参数值；比较单元，对输入信号和反馈信号进行比较；PID单元，对控 制参量进行控制，实现输出与输入误差信号成比例关系；合成控制单元，对控制量进行合成 和/或叠加振颤信号；反馈单元，用来将被测物的状态信号反馈给比较单元；输出单元，控 制伺服阀运动，控制伺服系统启动或停止；显示单元，显示检测系统的工作状态；所述的设 定单元、比较单元、PID单元、合成控制单元、反馈单元、输出单元和显示单元依次相互电连 接，所述的设定单元设置有，拨码开关、调整电位器和功能选择器；所述的反馈单元设置有 通用负荷电桥传感器；所述的显示单元设置有数码管和指示灯显示区域。 所述的负荷电桥传感器，采用2或3mV/V的电桥传感器。 在所述径向载荷的PID控制器的各个连接部分，设置有保护装置及安全控制装置。 本实用新型的有益效果是结构设计简单，检测过程易于实现，参数调整方便，提 高了检测精度，具有控制过程的稳定性、无静差性、自适应控制的特点，提高了轮胎径向载 荷检测的动态跟随特性。
图1是本实用新型控制轮胎径向载荷的PID控制器的电路组成方框图； 图2是本实用新型控制轮胎径向载荷的PID控制器的模拟流程图； 图3是本实用新型控制轮胎径向载荷的PID控制器的参考输入示意图；[0011] 图4是本实用新型控制轮胎径向载荷的PID控制器的反馈信号示意图； 图5是本实用新型控制轮胎径向载荷的PID控制器的比较器与PID单元示意图； 图6是本实用新型控制轮胎径向载荷的PID控制器的PID合成谐振控制示意图； 图7是本实用新型控制轮胎径向载荷的PID控制器的输出单元示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细说明 图1是本实用新型控制轮胎径向载荷的PID控制器的电路组成方框图；如图1所 示，一种专门针对轮胎特性设计控制轮胎径向载荷的PID控制器，用于轮胎里程试验中实 现闭环控制，包括设定单元，设定检测系统参数值；比较单元，对输入信号和反馈信号进 行比较；PID单元，对控制参量进行控制，实现输出与输入误差信号成比例关系；合成控制 单元，对控制量进行合成和/或叠加振颤信号；反馈单元，用来将被测物的状态信号反馈给 比较单元；输出单元，控制伺服阀运动，控制伺服系统启动或停止；显示单元，显示检测系 统的工作状态；所述的设定单元、比较单元、PID单元、合成控制单元、反馈单元、输出单元 和显示单元依次相互电连接。所述的设定单元设置有，拨码开关、调整电位器和功能选择 器；所述的反馈单元设置有通用负荷电桥传感器，采用2或3mV/V的电桥传感器均可以直接 连接使用；所述的显示单元设置有数码管和指示灯显示区域。在所述控制轮胎径向载荷的 PID控制器的各个连接部分，设置有保护装置及安全控制装置，在轮胎里程试验过程中，随 着测试轮胎的径向负载的阶跃式变化，整个控制系统参数的不断变化，将本实用新型的PID 参数进行调节后，形成PID控制调节，通过PID参数调节，控制轮胎测试时径向载荷的阶跃 式变化，能很好的克服由于系统负载变化后整体参数变化对系统控制的影响，从而有效改 善了系统的动态特性，明显提高动态跟随特性的控制效果。 图2是本实用新型控制轮胎径向载荷的PID控制器的模拟流程图，如图2所示，本 实用新型PID控制器的基本工作原理是 本实用新型控制轮胎径向载荷的PID控制器，根据参考输入和反馈信号，计算实 际施加载荷和设定载荷之间的偏差以及当前的偏差变化速度，在推理器中借助经验进行推 理，推理器输出PID控制器的比例系数、积分系数和微分系数，把它们作为当前控制器的参 考进行PID控制，由于每一次控制时，控制器的参数都是根据具体控制情况进行实时修正 的，因而，能够达到载荷作用的最精确控制。 本PID控制器将反馈信号放大器、PID调节、信号转换输出均设置在一个控制板 上，改变了传统的液压伺服控制器一般由2至3块控制板组成的模式，即达到便于安装和调 试的要求。本PID控制器接收载荷设定电压、载荷传感器反馈信号，在控制板内将反馈信号 放大为0 10V电压信号，并与设定信号进行比较，差值经PID调节以及信号转换输出电流 控制伺服阀，由伺服阀控制油缸运动方向、速度，从而改变载荷传感器的受力大小，使载荷 传感器的受力与设定一致。通过调节载荷信号反馈增益K，可以对实际施加的力进行校准。 控制器的显示部分，根据拨码开关所选择的位置，实时的显示选择挡位的数据量 化值。指示灯区域的LD1为电源-E， LD2为电源+E， LD3为误差信号负超限指示，LD4为误 差信号正超限指示，LD5伺服启动指示，LD6供电电源+指示，LD9供电电源-指示。 图3是本实用新型控制轮胎径向载荷的PID控制器的参考输入示意图；如图3所示，本实用新型的输入信号为0 10V电压信号，经过电位器调节实现线性匹配，通过拨码 开关SW7. 3实现数码管显示。对于设定信号能够进行零点调节，消除设定电压信号的衰减， 提高设定精度。经过滤波、补偿后的信号输入到比较器。 设定单元中的拨码开关部分，决定数码管表头显示部分的内容，拨码开关部分共 设置SW1 10十个拨码开关。并且，任意时刻最多只能有一位处于ON挡位。其中，SW1内 设定，SW2误差值，SW3外设定，SW4误差放大合成值，SW5阀电流值，S怖负积分禁止设定值， SW7正积分禁止设定值，SW8载荷反馈，SW9内部输出值，SW10内部匹配放大器输出。 调整电位器部分，共设置W1、2、3、5 12十二个调整电位。通过联调的调整方式， 使系统在进入稳态后消除稳态误差，避免了被控量超调，使整个区间均能满足测试要求。其 中，Wl为设定匹配器传递系数调节，W2为调整传感器的反馈增益，W3为调整传感器反馈的 零点，W5为调整屏幕显示的增益，怖为调整屏幕显示的零点，W7为负告警门限电平调节，W8 为正告警门限电平调节，W9为积分器输出电平调节，W10为微分器输出电平调节，Wll为励 振电平调节，W12为励振频率调节，W13为阀电流显示放大器增益调节。 功能选择器由JP、 JI、 JD、 JC、 JT3和几6六个主要跳线选择装置组成。根据系统 的误差，利用比例、积分、微分计算，对控制量进行控制选择，实现控制器的输出与输入误差 信号成比例关系，改善系统在调节过程中的动态特性。JP为P放大器增益选择，JI为I放 大器增益选择与调整，JD为D放大器增益选择与调整，JC总增益选择，JT3电平超限告警电 路的输入信号选择，几6积分抑制控制方式选择。 连线端子由Xl-4、 Xl-5、 X2-l 5、 X3_l、 X3_2、 X4-5 8、 X5-1 3、 CZ1-1 5 组成。通过各连线端子的不同连接，将实现设定输入、传感器输出、试验载荷输出、伺服系统 驱动、连接电源和数字表头显示等作用。其中，Xl-4为设定量输入(+)，Xl-5为设定量输入 (-)，X2-l为传感器屏蔽接地端，X2-2接传感器输出信号(+) ，X2-3接传感器输出信号(_)， X2-4接激励电源+E输出端，X2-5接激励电源-E输出端，X3-1实际载荷输出(+) ， X3-2实 际载荷输出(_)， X4-5伺服阀驱动使能输入，X4-6伺服阀驱动使能接地保护，X4-7伺服阀 驱动输出(+) ， X4-8伺服阀驱动输出(_) ， X5-l接+15V电源输入，X5-2接地，X5-3接-15V 电源输入，CZl-l数字表头引线屏蔽端，CZl-2数字表头输入(+)，CZl-3数字表头输入(-)， CZ1-4数字表头接地保护，CZ1-5数字表头电源+。 图4是本实用新型控制轮胎径向载荷的PID控制器的反馈信号示意图，如图4所 示，本实用新型控制轮胎径向载荷的PID控制器的反馈信号为电流信号，运用通用负荷传 感器的电桥原理，2或3mV/V的电桥传感器均可以直接连接使用。本控制器并为电桥式负 荷传感器提供稳定的DC10V电源。反馈电流信号经过可调的增益、零点放大到与设定匹配 的电压信号。放大后的电压信号亦能够进行零点、线性调节输出到PLC进行显示、打印。同 时，反馈信号传递到比较器与设定信号进行比较。 图5是本实用新型控制轮胎径向载荷的PID控制器的比较器与PID单元示意图； 如图5所示，从设定单元和反馈单元传递来的电压信号，经过比较器进行差值运算，运算所 得的差值记为e。本实用新型的输出是以该差值为依据的，因此e为关键量。该量的大 小、变化方向、变化梯度均影响输出的特性曲线，e的值可以通过TP4测量点测量。比较器 的前端设置有调零功能，当设定、反馈均为零时进行调节，保证比较器的输出也是零。差值 信号也同时进行P、 1、D处理，通过跳线与可调电位器的适配调整，可以对P、 1、D的比例系
5数、积分时间、微分时间等进行设置和调节。其中I分量可以通过跳线选择是否使用，如果 不使用I分量则该系统是PD控制系统，同样D分量亦可以通过跳线选择是否使用，如果不 使用D分量则该系统为PI控制系统。另外，由于轮胎自身具有的粘弹性体特性，有时D分 量需要设置为负，即进行负向微分。 图6是本实用新型控制轮胎径向载荷的PID控制器的PID合成谐振控制示意图； 如图6所示，P、 I、D分量通过合成输出控制信号，由于轮胎自身具有不圆度特性，合成控制 量需要叠加振颤功能。在本实用新型控制系统中，谐振频率、振颤幅度都是可以调节的，以 适应不同规格轮胎在不同速度下的频率特性。在P、I、D各分量均为零时，可以对合成谐振 控制输出进行零点调节，消除谐振合成器的输出误差。为了适应不同伺服阀的零点偏移特 性，伺服阀输出电流方向也是可以调整的，通过电流跳线和接线方向的调整，使阀漂移方向 为负。 图7是本实用新型控制轮胎径向载荷的PID控制器的输出单元示意图。如图7所 示，PID合成信号经电压/电流转换即可以控制伺服阀运动，通过外部触点控制伺服系统启 动或停止。 本实用新型控制轮胎径向载荷的PID控制器，用于轮胎里程试验机的控制系统 后，使得该系统的抗干扰能力得到显著的改善，在试验载荷不断变化和高频振动的情况下， 所控制的载荷施加精度可达±1% P. S.以内，使系统的控制精度得到很大的提高，而且，从 起始检测到稳定工作状态的过渡时间大大縮短，在15秒以内就测试系统就可达到稳定工 作状态。在应用于大惯性、非线性、大滞后性、强干扰的轮胎里程试验机的控制系统后，极大 地提高了测试效果的仿真性。 值得指出的是，本实用新型的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本实 用新型的基本技术构思，也可用基本相同的结构对所述反馈电路和控制电路进行改进。只 要本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本实用新型 的保护范围。
权利要求一种控制轮胎径向载荷的PID控制器，其特征在于，包括设定单元，设定检测系统参数值；比较单元，对输入信号和反馈信号进行比较；PID单元，对控制参量进行控制，实现输出与输入误差信号成比例关系；合成控制单元，对控制量进行合成和/或叠加振颤信号；反馈单元，用来将被测物的状态信号反馈给比较单元；输出单元，控制伺服阀运动，控制伺服系统启动或停止；显示单元，显示检测系统的工作状态；所述的设定单元、比较单元、PID单元、合成控制单元、反馈单元、输出单元和显示单元依次相互电连接，所述的设定单元设置有，拨码开关、调整电位器和功能选择器；所述的反馈单元设置有通用负荷电桥传感器；所述的显示单元设置有数码管和指示灯显示区域。
2. 根据权利要求1所述的控制轮胎径向载荷的PID控制器，其特征在于，所述的负荷电 桥传感器，采用2或3mV/V的电桥传感器。
3. 根据权利要求1或2所述的控制轮胎径向载荷的PID控制器，其特征在于，在所述径 向载荷的PID控制器的各个连接部分，设置有保护装置及安全控制装置。
专利摘要本实用新型公开了一种针对轮胎特性设计的轮胎径向载荷的PID控制器，用于轮胎里程试验中实现闭环控制，包括设定单元、比较单元、PID单元、合成控制单元、反馈单元、输出单元和显示单元依次相互电连接。设定单元设置有，拨码开关、调整电位器和功能选择器；反馈单元设置有通用负荷电桥传感器，采用2或3mV/V的电桥传感器；在本控制器的各个连接部分，还设置有保护及安全控制装置。本实用新型的有益效果是结构设计简单，检测过程易于实现，参数调整方便，提高了检测精度，具有控制过程的稳定性、无静差性、自适应控制的特点，提高了轮胎径向载荷检测的动态跟随特性。
文档编号G05B11/42GK201508471SQ200920097828
公开日2010年6月16日 申请日期2009年7月21日 优先权日2009年7月21日
发明者顾正 申请人:天津久荣车轮技术有限公司