双闭环动态配气控制系统的设计与仿真.pdf

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1、仪器仪表／检测／监控现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)2012年第11期双闭环动态配气控制系统的设计与仿真王利平，余愚，连帅梅(西华大学机械工程及自动化学院，成都610039)摘要：为满足质量流量动态配气系统持续稳定工作的要求，提高该系统的响应速度，设计了一种动态配气双闭环互反馈比例控制系统，并在控制系统中引入PID控制器作为主要的控制策略。在Simulink软件中对控制系统进行仿真，仿真结果表明，该控制系统响应速度更快、稳定性更好。关键词：动态配气；流量；线性控制器；控制；仿真中图分类号：TP273．4文献标志码：A文章编号：1671-

2、-3133(2012)1l删7珈3Thedesignandsimulationofdouble-loopdynamicgasdistributioncontrolsystemWangLiping，YuYu，LianShuaimei(SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，XihuaUniversity，Chengdu610039，China)Abstract：Tomeettherequirementofthedynamicgasesdistributingcontrolsystemwithasustainedandsteadywor

3、k，andimprovethesystemresponsespeed，thedynamicgasesdistributingproportionalcontrolsystemwithinteractiondouble—loopfeedbackisde—signed，controlsystemWasintheclassicPIDcontrollerasthemaincontrolstrategyisintroducedbycontrolsystem．ThecontrolsystemissimulatedinSimulink，simulationresultsshowthatthe

4、systemhasafasterresponsespeedandstability．Keywords：dynamicgasesdist曲uting；now；linearcontroller；control；simulation0引言标准气体的获得有静态配气法和动态配气法两种¨o。质量流量比动态配气法以其操作简单方便、持续时间长的特点得到大量使用，在动态配气装置中多采用质量流量控制器对流量进行控制，依据原料气的浓度值和配气浓度值，计算出质量流量控制器的设定值怛1，这种控制思想不利于动态配气系统的长时间工作，当其中一路气体流量受外界或流量控制器自身的影响发生波动时，其他气路的气体流

5、量没有做出及时响应，在配气过程中就可能造成所配气体浓度不稳定，影响被鉴定仪器仪表或相关设备的正常使用。针对以上问题，笔者设计了一种互反馈比例控制系统，同时引入PID控制器，实现了各气路流量的协调控制，在Simulink软件中的仿真结果表明，改进后的控制系统基本解决了传统控制方法的不足。1动态配气原理动态配气法是指将已知浓度的原料气，以较小的流量，恒定不变地送人气体混合器中；稀释气以较大流量恒定不变地通过混合室，与原料气进行混合而被稀释，稀释后的均匀混合气连续不断地从混合室流出，以供使用¨J。稀释气的浓度可以简单地从稀释倍数计算得出。调节气流比值即可以获得所需浓度的标准气体。配气

6、系统中使用比例阀作为调节气体流量的执行机构，并以质量流量计监测气路流量。动态配气原理示意如图1所示。图1动态配气原理示意因此只要准确控制原料气和稀释气的比例，就可以得到不同浓度的气体。混合气体的浓度C可用式(1)表示，即‘3。：c=iF0鬲c。式中：c为所配置的混合气体的浓度；C。为原料气的浓度；F0为原料气流量；F为稀释气流量。972012年第11期现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)2动态配气控制系统分析动态配气控制系统由两个气路组成，原料气流为主气路G，(s)，净化过的稀释气流为副气路G2(s)。一般将质量流量计对气体流量的检测值作为

7、调节比例阀开度大小的标准。比例调节阀的动态特性函数G(s)为‘4

8、：G(s)=K一／(Z，s+1)(2)v式中：K为调节阀的静态常数；丁为滞后时间，s；L为调节阀的时间常数。不同气体的密度、黏性、压缩性和膨胀性不同，在流过相同的气路时产生的效果也不相同，依据经验，主气路中调节阀的静态常数K。的值取12．5，主气路中调节阀的时间常数L，的值取3s。由于机械惯性的存在，比例阀控制器通过电信号控制比例阀开度有一定的时间滞后，由经验可知，滞后时间丁，取2s。副气路中稀释气多为净化过的空气，其民：的值