PID控制反饋升壓速率的爆破測試平臺分析

2018-05-11 09:50:28于曦

科技視界 2018年6期

于曦

【摘要】本次設計的PID控制反饋升壓速率裝置的爆破測試平臺，綜合運用了所學的基本理論、基本知識和相關的液壓系統專業知識。PID控制反饋升壓速率裝置的爆破測試平臺由以下部分組成：動力裝置，穩壓裝置，控制裝置，輔助裝置以及測試裝置，以普通液體為工作介質，用于普通PID控制反饋升壓速率裝置的爆破壓力測試。所述的穩壓裝置由PID調節儀，伺服電機，氣缸構成；所述的動力裝置由氣動增壓泵構成；所述的輔助裝置由過濾器，傳感器，壓力表和緩沖罐構成；所述的測試裝置由需要測試的裝置構成；所述的穩壓裝置由伺服電機，活塞，氣缸構成。所述控制裝置由方向控制閥和壓力控制閥構成，由其控制工作介質的流動方向以及壓力大小，以滿足負載的不同要求；所述輔助裝置由過濾器，傳感器，壓力表，緩沖罐構成。與現有技術相比，本設計采用PID控制反饋升壓速率裝置，有效避免了壓力不穩導致試驗結果偏差的問題，填補了技術空白，為規范、快速和準確地進行PID控制反饋升壓速率裝置檢驗提供了技術支持。

【關鍵字】PID調節儀；升壓速率；爆破測試平臺

中圖分類號： TP274.4 文獻標識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）06-0146-002

【Abstract】The design and implementation of the PID control feedback and boost rate test platform is based on the basic theory， basic knowledge and relevant professional knowledge of hydraulic system. The blasting test platform of PID feedback control rate device consists of the following parts： power unit， voltage stabilizing device， control device， auxiliary device and testing device， with ordinary liquid as the working medium， used in blasting pressure test of common PID control feedback rate boost device. The device consists of a PID voltage regulator， servo motor， cylinder； the power device comprises a pneumatic booster pump； auxiliary device which comprises a filter， sensor， pressure gauge and buffer tank； the test device by the need to test the device； the device consists of a servo regulator motor， piston， cylinder. The control device is composed of a directional control valve and a pressure control valve， which controls the flow direction and pressure magnitude of the working medium to meet the different requirements of the load， and the auxiliary device is composed of a filter， a sensor， a pressure gauge and a buffer tank. Compared with the existing technology， this design uses the PID control rate feedback device， effectively avoids the unstable pressure result deviation， fill the technology gaps， standardized， fast and accurate feedback control PID pressure rate inspection device provides the technical support.

【Key words】PID regulator； Boost rate； Blasting test platform

本論文分析采用PID調控儀來控制升壓速率，能得到穩定的壓力，并有效減小實驗誤差。

所述PID控制反饋升壓速率裝置的爆破測試平臺是以計算機為基礎的，可提供一整套完整的升壓速率穩定的檢驗系統。操作系統界面友好，操作簡便，具有良好的可擴展性。如該裝置原理圖所示的PID控制反饋升壓速率裝置的爆破測試平臺動力裝置入口連接輸入介質，出口連接測試裝置，輸入低壓介質，輸出高壓介質。動力裝置與介質入口之間串聯安裝過濾器，流量傳感器，流量閥作為輔助與控制元件。動力裝置與測試裝置之間串聯安裝高壓壓力表，壓力傳感器，高壓閥以及緩沖裝置作為輔助與控制元件。壓力傳感器與高壓閥之間并聯安裝一個卸荷閥連接水箱，用作卸荷。同時數據采集分析記錄儀分別連接兩個傳感器，接受數據。

本套裝置利用伺服電機轉動來控制活塞在氣缸中的位置來控制氣壓。采用PID控制，既可以產生線性變化的氣壓，也可以產生精確穩定的氣壓。升壓降壓速率是連續的，可調的，且氣壓變化線性度非常好。

系統由氣缸、活塞、伺服電機以及絲杠等部分組成。以單片機為控制器，并發出脈沖信號，控制伺服電機轉動，經齒輪減速器減速后，該轉動動力通過柔性聯軸器，輸送到滾珠絲杠副并轉換為直線運動，且推動活塞做往復運動。活塞的位置變動能影響氣缸容積，進而改變密封容器中氣體壓強。選用伺服電機作為動力源。為了實現恒定的升降壓速率，要分析氣體升降壓速率與伺服電機轉速的關系。并且，產生線性變化的氣壓，才能正確應用PID，產生穩定氣壓。

氣體升降壓速率與伺服電機轉速之間并非簡單的線性關系。如下。氣缸中的氣體基本符合理想氣體狀態方程

（P+P0）*V=nRT（1）

式中，P為壓強（表壓）；P0為標準大氣壓；V為氣缸等密閉容器體積；n為物質的量；R為氣體常數； T為溫度，可近似看作是等溫變化，即T不隨時間變化而變化。

其中體積 V 可以表示為

V=S0*L+V（2）

式中，S0為活塞截面面積；L為有效氣缸長度；V0 為氣缸外其余管路空間，含被檢壓力傳感器內部空間。將式（2）代入式（1）對時間求導并整理得到

式中，升降壓速率vp=dP/dt；常數A=nRT/aS0，且其值由實驗確定。該式表達了升降壓速率與電機轉速的關系，升降壓速率vp與伺服電機轉速vr和當前氣壓P均有關系。

【參考文獻】

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