低气压快速压变控制系统及方法与流程

本发明涉及低气压环境的，具体地，涉及一种低气压快速压变控制系统及方法。

背景技术：

1、随着电子、航空航天、军工等领域新技术的发展，对低气压环境的高精度压力控制和压变速率控制提出了更高的要求。

2、在公告号为cn106681384b的中国发明专利文献，其公开了一种真空容器低气压智能调节控制装置，该装置包括主控模块、电压输出模块、电压采集模块、显示模块,由电源模块供电。其中,主控模块接收真空规检测的气压数据,判断与设定气压的差；若高于设定气压,则计算出气阀的期望开度控制量,作为控制信号向出气阀输出。电压输出模块用来将出气阀开度控制信号转化成模拟的电压信号,经放大器放大后,输出至出气阀。出气阀转动角度通过电压的形式发送给电压采集模块,转换为数字信号后发送给主控模块。显示模块用来接收主控单片机传送的出气阀转角数据以及真空容器内气压数据,进行实时显示。

3、现有技术中的控制装置主要用于压力的控制，但是对压变速率的控制没有行之有效的措施，且无法精确控制压力的波动。因此，提供高精度压力控制和压变速率控制的低气压快速压变控制系统已为急需。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种低气压快速压变控制系统及方法。

2、根据本发明提供的一种低气压快速压变控制系统,包括真空腔体、控压阀、压力传感器、控流阀、流量计、真空机组、前缓冲罐、后缓冲罐以及plc控制器；所述压力传感器安装在真空腔体上，所述真空腔体的下游按顺序依次安装后缓冲罐、控压阀以及真空机组，所述真空腔体的上游按顺序依次安装前集气罐、流量计、控流阀并接入气源；所述plc控制器更改真空机组的频率，且所述plc控制器按照额定频率更改压力设定值，直至达到最终的目标设定压力。

3、优选地，所述控压阀和控流阀二者全开或全关的时间均小于300ms；所述控压阀和控流阀二者的响应速度均小于100ms。

4、优选地，所述压力传感器的采集速度小于50ms；所述压力传感器的精度优于±0.2％。

5、优选地，所述真空机组至少包含两台独立的可变频控制真空泵。

6、优选地，所述plc控制器更改真空机组的频率为一秒更改一次。

7、根据本发明提供的一种低气压快速压变控制方法,控制方法包括如下步骤：

8、步骤s1、在plc控制器中输入压力变化速率和目标压力；

9、步骤s2、根据输入的目标压力，plc控制器更改真空机组的频率；

10、步骤s3、plc控制器每秒更改一次压力设定值，直到达到最终的目标设定压力为止。优选地，针对步骤s3，满足如下公式：

11、pi+1＝pi+vp

12、式中，

13、pi+1：第i+1秒设定压力；

14、pi：第i秒设定压力；

15、vp：压力变化速率，单位每秒。

16、优选地，plc控制器通过压力传感器实时读取真空腔体实时压力并计算实时压力变化速率。

17、优选地，pid1比较实时压力和压力变化速率与目标压力和压力变化速率，控制控压阀的开度，并输出流量设定值到pid2，若目标压力和压力变化速率小于设定值，则增大控压阀开度并减小输出流量设定值，若目标压力和压力变化速率大于设定值，则减小控压阀开度并增大输出流量设定值。

18、优选地，pid2实时比较流量计反馈值和从pid1输出的流量设定值，控制控流阀的开度，若流量计反馈值大于流量设定值，则减小控流阀开度，若流量计反馈值小于流量设定值，则增大控流阀开度。

19、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

20、1、本发明通过结合控压阀、控流阀、前缓冲罐、后缓冲罐、变频真空机组及高精度双pid控制，有效减小了低气压区间压力的波动，从而实现了±200pa的压力控制精度及±10pa/s的压变速度控制精度。

技术特征：

1.一种低气压快速压变控制系统，其特征在于，包括真空腔体(1)、控压阀(2)、压力传感器(3)、控流阀(4)、流量计(5)、真空机组(6)、前缓冲罐(7)、后缓冲罐(8)以及plc控制器；

2.如权利要求1所述的低气压快速压变控制系统，其特征在于，所述控压阀(2)和控流阀(4)二者全开或全关的时间均小于300ms；

3.如权利要求1所述的低气压快速压变控制系统，其特征在于，所述压力传感器(3)的采集速度小于50ms；

4.如权利要求1所述的低气压快速压变控制系统，其特征在于，所述真空机组(6)至少包含两台独立的可变频控制真空泵。

5.如权利要求1所述的低气压快速压变控制系统，其特征在于，所述plc控制器更改真空机组(6)的频率为一秒更改一次。

6.一种低气压快速压变控制方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的低气压快速压变控制系统，控制方法包括如下步骤：

7.如权利要求6所述的低气压快速压变控制方法，其特征在于，针对步骤s3，满足如下公式：

8.如权利要求6所述的低气压快速压变控制方法，其特征在于，plc控制器通过压力传感器(3)实时读取真空腔体(1)实时压力并计算实时压力变化速率。

9.如权利要求6所述的低气压快速压变控制方法，其特征在于，pid1比较实时压力和压力变化速率与目标压力和压力变化速率，控制控压阀(2)的开度，并输出流量设定值到pid2，若目标压力和压力变化速率小于设定值，则增大控压阀(2)开度并减小输出流量设定值，若目标压力和压力变化速率大于设定值，则减小控压阀(2)开度并增大输出流量设定值。

10.如权利要求6所述的低气压快速压变控制方法，其特征在于，pid2实时比较流量计(5)反馈值和从pid1输出的流量设定值，控制控流阀(4)的开度，若流量计(5)反馈值大于流量设定值，则减小控流阀(4)开度，若流量计(5)反馈值小于流量设定值，则增大控流阀(4)开度。

技术总结
本发明提供了一种低气压快速压变控制系统及方法，涉及低气压环境的技术领域，包括真空腔体、控压阀、压力传感器、控流阀、流量计、真空机组、前缓冲罐、后缓冲罐以及PLC控制器；所述压力传感器安装在真空腔体上，所述真空腔体的下游按顺序依次安装后缓冲罐、控压阀以及真空机组，所述真空腔体的上游按顺序依次安装前集气罐、流量计、控流阀并接入气源；所述PLC控制器更改真空机组的频率，且所述PLC控制器按照额定频率更改压力设定值，直至达到最终的目标设定压力。通过结合控压阀、控流阀、前缓冲罐、后缓冲罐、变频真空机组及高精度双PID控制，有效减小了低气压区间压力的波动，从而实现了±200Pa的压力控制精度及±10Pa/s的压变速度控制精度。

技术研发人员：李卓慧,施承天,李灿伦,张世一,董德胜,孙成恺,孙松刚,李绍杰,倪俊
受保护的技术使用者：上海卫星装备研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17