[發明專利]一種自動調壓式高壓氦氣控制系統

有效

• 申請號: 201410575486.1
• 申請日: 2014-10-24
• 公開（公告）號: CN104317322B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 張芳;李沛文;王懷俠;劉志蕾;鄒寶珍
• 申請（專利權）人: 北京精密機電控制設備研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G05D16/20
• 分類號: G05D16/20
• 代理公司: 核工業專利中心11007
• 代理人: 閆兆梅

1.一種自動調壓式高壓氦氣控制系統，其特征在于：該系統包括主氣瓶(1)、高壓緩沖瓶(2)、低壓緩沖瓶(3)、氣動調節閥(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)的輸出接口與氣動調節閥(4)的輸入端連通，氣動調節閥(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)的輸出端與比例調節閥(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)輸出端與氣動調節閥(4)的力矩信號輸入端之間設有比例調節閥(9)；

控制器(8)接收上位機下發的控制流程和控制指令，控制器(8)通過控制輸出電壓的高低電平來控制主氣電磁閥(5)、高緩電磁閥(6)、低緩電磁閥(7)和終端電磁閥(10)的開關狀態，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)的開關順序和時間是根據控制流程中的期望終端壓力來確定；

對于不同的負載，均必須對比例調節閥(9)的P＝f(I)關系進行摸底，其中P為系統終端輸出壓力，I為比例調節閥(9)的輸入電流；以比例調節閥(9)的輸入電流為控制參數，以1mA為一個階梯，每個階梯持續時間為20s，控制電流從4mA逐漸增長到20mA進行氦吹任務；氦吹完成之后，將比例調節閥(9) 的輸入電流和采集到的穩定后的終端輸出壓力進行線性擬合，得到P＝kI+b，其中，P為系統終端輸出壓力，k和b為擬合后的參數；

對壓力傳感器(11)進行校準，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端，采用打壓器對管路A終端進行打壓，然后觀測壓力傳感器(11)返回的電流I₂，測量多組數據后，進行擬合，得到P＝mI₂+n；

高工況時，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)，同時使用分段式PI閉環控制算法；轉入低工況后，控制器(8)關閉高緩電磁閥(6)，開啟低緩電磁閥(5)，并使用分段式PI閉環控制算法；

壓力傳感器(11)采集終端壓力，將壓力信號轉換成電流信號輸入到控制器(8)，控制器(8)根據采集到的電流信號，使用校準公式P＝m I₂+n計算終端輸出壓力，其中P為系統終端輸出壓力，I₂為控制器8采集電流，m和n為擬合后的參數；控制器(8)對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計算比例調節閥(9)的輸入電流，比例調節閥(9)根據輸出電流調節輸出的力作用到氣動調節閥(4)，氣動調節閥(4)通過調節開啟的大小，控制輸出端的壓力；壓力傳感器(11)將測量的終端壓力轉換成電流信號輸入到控制器(8)，控制器(8)采用PID算法；控制器(8)通過AD轉換模塊，將電流信號轉換成數字信號，然后與控制指令進行對比；當終端壓力與控制指令不匹配時，通過PID運算對壓力進行調節，將PID的輸出結果通過DA模塊轉化成電流信號，輸入到比例調節閥(9)；比例調節閥(9)將電流信號轉換成力矩信號，從而來控制氣動調節閥(4)的開啟大小，最終實現控制終端壓力的精確調節。