[發(fā)明專利]一種基于高頻電磁閥組的高精度氣壓控制系統(tǒng)和方法

有效

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• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN107168395B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 熊遠生;吳偉雄;肖銳;黃風立
• 申請（專利權(quán)）人: 嘉興學院
• 主分類號: G05D16/20
• 分類號: G05D16/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于高頻電磁閥組的高精度氣壓控制系統(tǒng)，其特征在于包括依次連接的氣源、過濾器、油霧分離器、精密減壓閥、緩沖密閉氣室、進氣高頻電磁閥組、密閉氣室、排氣高頻電磁閥組；緩沖密閉氣室上連接監(jiān)視壓力表；所述氣源經(jīng)所述過濾器、所述油霧分離器、所述精密減壓閥將氣壓調(diào)整到期望控制壓力最大值的1.5-2.5倍；所述精密減壓閥的輸出連接著所述緩沖密閉氣室，所述緩沖密閉氣室上設(shè)有開孔，開孔連接監(jiān)視壓力表，對所述緩沖密閉氣室的氣壓進行監(jiān)視；從所述緩沖密閉氣室出來的氣路經(jīng)過所述進氣高頻電磁閥組，接到所述密閉氣室，控制所述密閉氣室的進氣；所述排氣高頻電磁閥組連接所述密閉氣室，控制所述密閉氣室向環(huán)境空氣排氣。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高頻電磁閥組的高精度氣壓控制系統(tǒng)，其特征在于所述的進氣高頻電磁閥組有i個，每個電磁閥組由N個相同的電磁閥組成，N從1開始，每個電磁閥組的電磁閥個數(shù)依次增大2倍，每個電磁閥的直徑為φ。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高頻電磁閥組的高精度氣壓控制系統(tǒng)，其特征在于所述的排氣高頻電磁閥組有j個，每個電磁閥組由N個相同的電磁閥組成，N從1開始，每個電磁閥組的電磁閥個數(shù)依次增大2倍，每個電磁閥的直徑為φ。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高頻電磁閥組的高精度氣壓控制系統(tǒng)，其特征在于所述的密閉氣室上連接高精度氣壓傳感器。

5.一種基于高頻電磁閥組的高精度氣壓控制方法，其特征在于氣源經(jīng)過過濾器及油霧分離器處理后，再經(jīng)過精密減壓閥將氣壓調(diào)整到密閉氣室期望控制壓力最大值的1.5-2.5倍，通過監(jiān)視壓力表對緩沖密閉氣室的壓力進行監(jiān)視；從緩沖密閉氣室出來之后的氣路經(jīng)過進氣高頻電磁閥組，接到密閉氣室上，控制密閉氣室的進氣；排氣高頻電磁閥組接到密閉氣室上，控制密閉氣室向環(huán)境空氣排氣；結(jié)合PWM原理，通過對i個進氣高頻電磁閥組的高頻開關(guān)和j個排氣高頻電磁閥組的高頻開關(guān)，等效的進氣直徑從0到(2ⁱ-1)φ之間可控，等效的排氣直徑從0到(2^j-1)φ之間可控；通過控制CPU和增加必要的時鐘電路、復(fù)位電路、驅(qū)動電路等外圍電路，實現(xiàn)進氣高頻電磁閥組和排氣高頻電磁閥組的驅(qū)動，通過連接在密閉氣室上的高精度氣壓傳感器，控制CPU和AD轉(zhuǎn)換器實時采集密閉氣室內(nèi)的氣壓；控制CPU對氣壓設(shè)定值Pref(K)和氣壓實測值P(K)作差后，得到誤差信號eP(K)，根據(jù)誤差信號eP(K)，執(zhí)行分段控制算法，得到輸出控制量；根據(jù)誤差的不同分段，控制進氣高頻電磁閥組和排氣高頻電磁閥組；氣壓設(shè)定值等參數(shù)通過計算機和CPU通信來設(shè)置；

當誤差eP(K)絕對值大于E1時，表明氣壓實際值P(K)距離氣壓設(shè)定值遠，采用Bang_Bang控制算法，得到輸出控制量u₃(K)，進行快速的進氣和排氣，實現(xiàn)響應(yīng)的快速性，E1＝k₁Pref(K)，其中k₁的取值范圍可選為0.5到0.9之間，u₃(K)＝eP(K)；

當誤差eP(K)絕對值大于E2時，表明氣壓實際值距離氣壓設(shè)定值較遠，采用單獨方式PID控制算法，得到輸出控制量u₁(K)，進行一定速度的進氣和排氣，兼顧響應(yīng)快速性的同時，避免大的超調(diào)，E2＝k₂Pref(K)，其中k₂的取值范圍可選為0.02到0.5之間；u₁(K)＝u₁(K-1)+K_p1[eP(k)-eP(k-1)]+K_i1eP(k)+K_d1[eP(k)-2eP(k-1)+eP(k-2)]，其中，當K≤0時，u₁(K)＝0；K_p1的取值范圍在0.007到0.49之間，K_i1的取值范圍在0.0007到0.21之間，K_d1的取值范圍在0.0007到0.07之間；

當誤差eP(K)絕對值不大于E2時，表明氣壓實際值距離氣壓設(shè)定值較近，采用微調(diào)方式PID控制算法，得到輸出控制量u₂(K)，進行微量的進氣和排氣，避免大的超調(diào)，u₂(K)＝u₂(K-1)+K_p2[eP(k)-eP(k-1)]+K_i2eP(k)+K_d2[eP(k)-2eP(k-1)+eP(k-2)]，其中，當K≤0時，u₂(K)＝0；K_p1的取值范圍在0.001到0.07之間，K_i1的取值范圍在0.0001到0.03之間，K_d1的取值范圍在0.0001到0.01之間。