[發(fā)明專利]一種自動(dòng)調(diào)壓式高壓氦氣控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410575486.1
• 申請(qǐng)日: 2014-10-24
• 公開（公告）號(hào): CN104317322B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張芳;李沛文;王懷俠;劉志蕾;鄒寶珍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所;中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G05D16/20
• 分類號(hào): G05D16/20
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心11007
• 代理人: 閆兆梅

1.一種自動(dòng)調(diào)壓式高壓氦氣控制系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)包括主氣瓶(1)、高壓緩沖瓶(2)、低壓緩沖瓶(3)、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥(4)、主氣電磁閥(5)、高緩電磁閥(6)、低緩電磁閥(7)、終端電磁閥(10)，主氣瓶(1)的輸出接口與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥(4)的輸入端連通，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥(4)的輸出端與主氣電磁閥(5)的輸入端連通，高壓緩沖瓶(2)的輸出接口與高緩電磁閥(6)的輸入端連通，低壓緩沖瓶(3)的輸出接口與低緩電磁閥(7)的輸入端連通，主氣電磁閥(5)、高緩電磁閥(6)、低緩電磁閥(7)的輸出端均與終端電磁閥(10)的輸入端連通；壓力傳感器(11)的輸出端與控制器(8)的輸入端連通，控制器(8)的輸出端與比例調(diào)節(jié)閥(9)、主氣電磁閥(5)、高緩電磁閥(6)、低緩電磁閥(7)、終端電磁閥(10)的控制信號(hào)輸入端均連通；

所述的終端電磁閥(10)的輸出端與壓力傳感器(11)的輸入端連通，壓力傳感器(11)的輸出端與控制器(8)的輸入 端連通；

所述的控制器(8)輸出端與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥(4)的力矩信號(hào)輸入端之間設(shè)有比例調(diào)節(jié)閥(9)；

控制器(8)接收上位機(jī)下發(fā)的控制流程和控制指令，控制器(8)通過(guò)控制輸出電壓的高低電平來(lái)控制主氣電磁閥(5)、高緩電磁閥(6)、低緩電磁閥(7)和終端電磁閥(10)的開關(guān)狀態(tài)，主氣電磁閥(5)、高緩電磁閥(6)、低緩電磁閥(7)和終端電磁閥(10)的開關(guān)順序和時(shí)間是根據(jù)控制流程中的期望終端壓力來(lái)確定；

對(duì)于不同的負(fù)載，均必須對(duì)比例調(diào)節(jié)閥(9)的P＝f(I)關(guān)系進(jìn)行摸底，其中P為系統(tǒng)終端輸出壓力，I為比例調(diào)節(jié)閥(9)的輸入電流；以比例調(diào)節(jié)閥(9)的輸入電流為控制參數(shù)，以1mA為一個(gè)階梯，每個(gè)階梯持續(xù)時(shí)間為20s，控制電流從4mA逐漸增長(zhǎng)到20mA進(jìn)行氦吹任務(wù)；氦吹完成之后，將比例調(diào)節(jié)閥(9) 的輸入電流和采集到的穩(wěn)定后的終端輸出壓力進(jìn)行線性擬合，得到P＝kI+b，其中，P為系統(tǒng)終端輸出壓力，k和b為擬合后的參數(shù)；

對(duì)壓力傳感器(11)進(jìn)行校準(zhǔn)，高緩電磁閥(6)的輸出端管路、低緩電磁閥(7)的輸出端管路均與主氣電磁閥(5)的輸出端管路連通，形成混合管路A，并在管路A的末端打孔插入壓力傳感器的檢測(cè)端，采用打壓器對(duì)管路A終端進(jìn)行打壓，然后觀測(cè)壓力傳感器(11)返回的電流I₂，測(cè)量多組數(shù)據(jù)后，進(jìn)行擬合，得到P＝mI₂+n；

高工況時(shí)，控制器(8)開啟終端電磁閥(10)、主氣電磁閥(5)和高緩電磁閥(6)，同時(shí)使用分段式PI閉環(huán)控制算法；轉(zhuǎn)入低工況后，控制器(8)關(guān)閉高緩電磁閥(6)，開啟低緩電磁閥(5)，并使用分段式PI閉環(huán)控制算法；

壓力傳感器(11)采集終端壓力，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)輸入到控制器(8)，控制器(8)根據(jù)采集到的電流信號(hào)，使用校準(zhǔn)公式P＝m I₂+n計(jì)算終端輸出壓力，其中P為系統(tǒng)終端輸出壓力，I₂為控制器8采集電流，m和n為擬合后的參數(shù)；控制器(8)對(duì)比期望終端壓力和采集終端壓力，采用PID算法，輸出壓力P，然后利用擬合公式P＝kI+b計(jì)算比例調(diào)節(jié)閥(9)的輸入電流，比例調(diào)節(jié)閥(9)根據(jù)輸出電流調(diào)節(jié)輸出的力作用到氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥(4)，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥(4)通過(guò)調(diào)節(jié)開啟的大小，控制輸出端的壓力；壓力傳感器(11)將測(cè)量的終端壓力轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)輸入到控制器(8)，控制器(8)采用PID算法；控制器(8)通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后與控制指令進(jìn)行對(duì)比；當(dāng)終端壓力與控制指令不匹配時(shí)，通過(guò)PID運(yùn)算對(duì)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，將PID的輸出結(jié)果通過(guò)DA模塊轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)，輸入到比例調(diào)節(jié)閥(9)；比例調(diào)節(jié)閥(9)將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成力矩信號(hào)，從而來(lái)控制氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥(4)的開啟大小，最終實(shí)現(xiàn)控制終端壓力的精確調(diào)節(jié)。