活动 端设置有用于对气源腔9密封的橡胶垫3。
[0040] 如图3所示，在本发明的另一个实施例中，双闭环系统的内环通过监测活口的输 入流量和系统出口处的压力变化，计算出干扰流量的大小，再W输入流量和干扰流量的差 值作为内环控制参数，进行PID运算，确定活口移动方向和相对位移量，进而使活口输出流 量始终与干扰流量在整个控制过程中保持一致。同时由于系统阻尼及数字系统调节周期 等原因，会使系统调节存在静差，通过外环的压力控制环，对静差进行测量，并根据系统的 调节周期为活口附加W较小的位移量，使系统的压力能够在若干个周期内到达目标控制范 围。
[0041] 控制板5按预设的内部程序，一定的频率采集及处理流量传感器6和压力传感器 7的输出量，获取待控制压力腔的流量E和压力P，之后根据物理结构的流量与活口开度传 递函数关系及上一控制周期输出的活口开度确定系统的等效流量E'，同时根据待控制压力 腔的压力P与目标压力的差值换算出补偿流量E*，接下来根据流量传感器6测得的流量E 与等效流量E'及补偿流量E*的流量误差E0 =E-E' +E*，之后根据流量误差E0的PID运 算出控制量增量Xi，通过与本控制周期之前的X0、XI、……Xi-1累加获得控制输出，当控 制板5向音圈电机4输出控制信号，音圈电机4动作克服弹黃8作用打开活口杆2与活口 座1的密封，建立相应的流量，进而消除流量干扰项对待控制压力腔气体压力的影响，同时 保证在调节过程中待控制压力腔的压力不会出现较大下降。
[0042] 如图4所示，本发明实施例的控制方框图中有系统的干扰项，如果单纯使用出口 压力进行闭环控制，流量干扰项对控制系统是不可观的，因此在调节过程中无法针对变化 的干扰项进行有效地调整和跟随，运导致系统调节的输出流量相较干扰流量始终存在动态 误差，而系统采用的闭环控制参数为压力，由干扰项不可观引起的动态误差经过时间的积 分就会反映在压力上，进而引起系统调节波动，因此通过增加内环的流量控制，消除因干扰 项不可观引起的动态误差，可有效控制系统的波动。
[0043] 控制过程中可将气体调节过程看成等赌绝热过程，则物理系统的模型如下：由理 想气体方程可得待控制压力腔内压力微分方程为：
[0044]
[0045] 其中，P--待控制压力腔内的压力；
[0046] R一一气体常数；
[0047]V一一待控制压力腔容积； W4引 K--气体绝热指数； W例 T--溫度；
[0050] Qin--输入待巧制压力腔的流量；
[0051] Q。。,一一输出待控制压力腔的流量，在飞行员供氧调节装置中为飞行员的呼吸流 量干扰项。
[0052] 控制系统通过电机控制活口杆的开度，利用气源腔的高压气体在待控制压力腔建 立输入待控制压力腔的流量Qm，实现对待控制压力腔气体压力的控制，输入待控制压力腔 的流量与活口开度的关系为：
[0053]
[0054] 其中，Cd-一活口流量系数； 阳化5] A-活口流通面积；
[0056] P。--气源腔气体压力；
[0057]T。一气源腔气体溫度。
[005引流通面积与活口开度的关系为：
[0059]A= 3T D ? X W60] 其中，D-活口直径； 阳06UX-活口开度；
[0062] 则活口开度与待控制压力腔的压力的传递函数为：
[00化]控制量化与活口开度X的关系与电机特性相关，音圈电机的传递函数为：
[0066]
[0067] 其中，km--电磁力系数；
[00側m--活口质量； W例 C--阻尼系数；
[0070] k-弹黃刚度；
[0071] I,一一线圈回路电气时间常数；
[0072] r-线圈回路电阻； 阳〇7引 km--电磁力系数；
[0074] ke-反电动势系数。
[00巧]则物理结构的开环传递函数为：
[0076]
[0077] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可W根据上述说明加W改进或变换， 而所有运些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种流量-压力双闭环气体压力控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 51、 获取流量传感器和压力传感器实时采集到的流量数据和压力数据，包括活门入口 处的流入流量数据和系统出口处的气体压力数据； 52、 双闭环系统的内环系统根据流入流量数据和气体压力数据，计算得出干扰流量数 据的大小，并以输入流量数据和干扰流量数据的差值作为内环控制参数，进而计算得出活 门的移动方向和位移量； 53、 双闭环系统的外环系统根据系统出口处的气体压力数据，与输入的目标压力数据 计算差值，得出系统的静态误差，并计算得出为活门附加的调节移动方向和调节位移量； 54、 根据内环系统得出的移动方向和位移量，以及外环系统得出的调节移动方向和调 节位移量，对活门进行调节，使系统的压力达到目标控制范围。2. 根据权利要求1所述的流量-压力双闭环气体压力控制方法，其特征在于，步骤S2 中使用比例积分微分运算来计算活门的移动方向和位移量。3. -种流量-压力双闭环气体压力控制装置，其特征在于，包括气源腔（9)、待控制压 力腔（10)和控制装置； 所述待控制压力腔（10)内安装有流量传感器（6)和压力传感器（7); 所述控制装置包括活门座（1)、活门杆（2)、橡胶垫（3)、音圈电机（4)、控制板（5)和弹 簧⑶； 所述控制板（5)与所述音圈电机（4)、所述流量传感器（6)和所述压力传感器（7)相 连，并控制所述音圈电机（4)的工作状态； 所述音圈电机（4)与所述活门杆（2)相连，并在通电时带动所述活门杆（2)运动； 所述活门杆（2)上套接有所述弹簧（8)，所述弹簧（8)将所述活门杆（2)压紧在所述 活门座（1)上；所述活门杆（2)的活动端设置有用于对所述气源腔（9)密封的所述橡胶垫 (3)〇4. 根据权利要求3所述的流量-压力双闭环气体压力控制装置，其特征在于，所述活门 座（1)、所述活门杆⑵和所述橡胶垫⑶构成可变密封结构。5. 根据权利要求3所述的流量-压力双闭环气体压力控制装置，其特征在于，所述流量 传感器（6)设置在靠近流量干扰源处。
【专利摘要】本发明公开了一种流量-压力双闭环气体压力控制方法及装置，该方法包括以下步骤：S1、获取流量传感器和压力传感器实时采集到的流量数据和压力数据；S2、双闭环系统的内环系统根据流入流量数据和气体压力数据，以输入流量数据和干扰流量数据的差值作为内环控制参数，进而计算得出活门的移动方向和位移量；S3、双闭环系统的外环系统根据系统出口处的气体压力数据，与输入的目标压力数据计算差值，得出系统的静态误差，并计算得出为活门附加的调节移动方向和调节位移量；S4、根据计算结果对活门进行调节，使系统的压力达到目标控制范围。本发明能够用于小目标容积和大流量范围的气体压力控制系统，并且控制效率高，响应速度快。
【IPC分类】G05D16/20, G05B11/42
【公开号】CN105183024
【申请号】CN201510646191
【发明人】夏坤, 徐俊, 杨勇, 杜艳丽, 韩自强
【申请人】航宇救生装备有限公司
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年10月9日