PID控制反饋升壓速率的爆破測試平臺(tái)分析

于曦

【摘 要】本次設(shè)計(jì)的PID控制反饋升壓速率裝置的爆破測試平臺(tái)，綜合運(yùn)用了所學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和相關(guān)的液壓系統(tǒng)專業(yè)知識(shí)。PID控制反饋升壓速率裝置的爆破測試平臺(tái)由以下部分組成：動(dòng)力裝置，穩(wěn)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(zhì)，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(wěn)壓裝置由PID調(diào)節(jié)儀，伺服電機(jī)，氣缸構(gòu)成；所述的動(dòng)力裝置由氣動(dòng)增壓泵構(gòu)成；所述的輔助裝置由過濾器，傳感器，壓力表和緩沖罐構(gòu)成；所述的測試裝置由需要測試的裝置構(gòu)成；所述的穩(wěn)壓裝置由伺服電機(jī)，活塞，氣缸構(gòu)成。所述控制裝置由方向控制閥和壓力控制閥構(gòu)成，由其控制工作介質(zhì)的流動(dòng)方向以及壓力大小，以滿足負(fù)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(gòu)成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本設(shè)計(jì)采用PID控制反饋升壓速率裝置，有效避免了壓力不穩(wěn)導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果偏差的問題，填補(bǔ)了技術(shù)空白，為規(guī)范、快速和準(zhǔn)確地進(jìn)行PID控制反饋升壓速率裝置檢驗(yàn)提供了技術(shù)支持。

【關(guān)鍵字】PID調(diào)節(jié)儀；升壓速率；爆破測試平臺(tái)

中圖分類號(hào)： TP274.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：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(diào)控儀來控制升壓速率，能得到穩(wěn)定的壓力，并有效減小實(shí)驗(yàn)誤差。

所述PID控制反饋升壓速率裝置的爆破測試平臺(tái)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的，可提供一整套完整的升壓速率穩(wěn)定的檢驗(yàn)系統(tǒng)。操作系統(tǒng)界面友好，操作簡便，具有良好的可擴(kuò)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(tái)動(dòng)力裝置入口連接輸入介質(zhì)，出口連接測試裝置，輸入低壓介質(zhì)，輸出高壓介質(zhì)。動(dòng)力裝置與介質(zhì)入口之間串聯(lián)安裝過濾器，流量傳感器，流量閥作為輔助與控制元件。動(dòng)力裝置與測試裝置之間串聯(lián)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(lián)安裝一個(gè)卸荷閥連接水箱，用作卸荷。同時(shí)數(shù)據(jù)采集分析記錄儀分別連接兩個(gè)傳感器，接受數(shù)據(jù)。

本套裝置利用伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(chǎn)生線性變化的氣壓，也可以產(chǎn)生精確穩(wěn)定的氣壓。升壓降壓速率是連續(xù)的，可調(diào)的，且氣壓變化線性度非常好。

系統(tǒng)由氣缸、活塞、伺服電機(jī)以及絲杠等部分組成。以單片機(jī)為控制器，并發(fā)出脈沖信號(hào)，控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)齒輪減速器減速后，該轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力通過柔性聯(lián)軸器，輸送到滾珠絲杠副并轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，且推動(dòng)活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。活塞的位置變動(dòng)能影響氣缸容積，進(jìn)而改變密封容器中氣體壓強(qiáng)。選用伺服電機(jī)作為動(dòng)力源。為了實(shí)現(xiàn)恒定的升降壓速率，要分析氣體升降壓速率與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系。并且，產(chǎn)生線性變化的氣壓，才能正確應(yīng)用PID，產(chǎn)生穩(wěn)定氣壓。

氣體升降壓速率與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速之間并非簡單的線性關(guān)系。如下。氣缸中的氣體基本符合理想氣體狀態(tài)方程

（P+P0）*V=nRT（1）

式中，P為壓強(qiáng)（表壓）；P0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；V為氣缸等密閉容器體積；n為物質(zhì)的量；R為氣體常數(shù)； T為溫度，可近似看作是等溫變化，即T不隨時(shí)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(nèi)部空間。將式（2）代入式（1）對(duì)時(shí)間求導(dǎo)并整理得到

式中，升降壓速率vp=dP/dt；常數(shù)A=nRT/aS0，且其值由實(shí)驗(yàn)確定。該式表達(dá)了升降壓速率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系，升降壓速率vp與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速vr和當(dāng)前氣壓P均有關(guān)系。

【參考文獻(xiàn)】

[1]宋志安.液壓伺服控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.6.

[2]李永堂，雷步芳.液壓系統(tǒng)建模與仿真[M].冶金工業(yè)出版社，2003.2.

[3]弓海霞，趙杰，孟慶鑫，張嵐.基于模糊 PID控制的水下閘刀式管鋸液壓伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動(dòng).

[4]JJG52-1999，彈簧管式一般壓力表、壓力真空表和真空表[SJ].北京：國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，1999.

[5]謝劍英.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].第3版北京：國防工業(yè)出版社，2006.

[6]JJG882-2004，壓力變送器[sJ].北京：國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2004.

[7]胡永建.一種基于PID算法的氣壓控制技術(shù)[A]1000-8829 （2011）080060 -04

[8]王志文，蔡仁良.化工容器設(shè)計(jì)第三版[J].化學(xué)工業(yè)出版社，2005.5.

[9]劉金琨.先進(jìn)PID控制MATLAB仿真.電子工業(yè)出版社2016.6.