基于虚拟仪器技术的电磁阀综合特性测控系统(2)

5.2.1 Bang-Bang+PID控制

图4 测控软件结构图

Fig.4 The software structure of the measurement and

control system

Bang-Bang控制（最速控制)是一种时间最优控制，如果设定上、下2个极限值为控制区域，则被控制量在设定的2个极限控制值之间以最短时间进行来回转换，使输出值以一定的精度稳定在设定值范围内。在系统偏差较大时对系统采用Bang-Bang控制,可增大对系统的控制力度，提高系统相应的快速性，因此，Bang-Bang控制是一种不可缺少的控制方式。

在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制。PID控制算法因[9]

5 测控系统实现压力分级测量方案和精确压力控制的控制策略

5.1 压力的分级测量方案

被测阀前后各安装1对大压力传感器和1对小压力传感器，阀前和阀后大压力传感器的作用是测量在高压状

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296 仪 器 仪 表 学 报 第31卷

被最广泛地应用于工业控制领域中。

虽然Bang-Bang控制可快速跟踪目标压力P0，但不可避免地产生控制量从极大到极小的多次切换，会造成较大超调。PID控制具有结构简单、且在对象的数学模型不确知的情况下也可达到有效控制的特点。综合Bang-Bang控制和PID控制的优点，针对电磁阀自动测控系统提出了以Bang-Bang+PID算法为控制策略的变频调压技术，这样既可满足快速调节压力的要求，又可以提高系统的鲁棒性和控制精度所示。

[10]

过试验的方式获得的，通过多次试验，将ea设为目标压力值的10%～20%作为切换阈值，这样既可满足快速调节压力的要求，又可以提高系统的鲁棒性和控制精度。

5.2.3 试验研究

虚拟仪器技术的核心就是利用软件代替或部分代替传统仪器的硬件，降低仪器开发成本，提高仪器性能[12]。为了体现充分利用了虚拟仪器的这项技术特征，本测试系统以密封试验用虚拟面板（图6）为例进行说明。如图6所示，当使用者用鼠标或键盘操作该虚拟面板时就如同使用一台专用的测量仪器一样，可输入被测阀的型号和参数后开始试验，此时“开始试验”按钮转为“退出试验”按钮显示以便于在紧急状态下随时退出试验。此外，测试结果以曲线和数值等多种形式在虚拟面板上实时显示并可在试验结束后显示试验合格与否的结论。虚拟面板上也可显示试验时的状态如密封试验进行的时间和试验是否有异常，若有异常则报警灯亮并给出试验退出的原因[13]。

。Bang-Bang+PID复合控制原理图如图5

图5 Bang-Bang+PID复合控制原理图 Fig.5 Bang-Bang+PID compound control principle 图5中Bang-Bang+PID控制的控制策略是：首先在系统启动阶段采用Bang-Bang控制，这是因为系统启动阶段的误差一般很大，在这一阶段一般不需要考虑精度和超调,只要求被控系统在尽可能短的时间内将误差减小到某一范围内，因此可以加入最大的控制量。Bang-Bang控制确保了管路里的压力在启动阶段快速地靠近给定值；其次当控制误差减小到某一范围后,必须降低系统调节速度，使误差进一步减小，使输出精确定位或跟随指定输入变化。在此阶段可切换到PID控制输出,防止由于加入太大的控制量而导致过大的超调，以便于实现精确的压力控制。 5.2.2 切换阈值的确定

在Bang-Bang+PID这种控制策略中，确定不同控制方法切换的阈值是设计的重要环节[11]。Bang-Bang控制的实质是当系统误差e>ea时,使误差减少为ea所用时间最短的最优控制问题，可知：

e>ea u,

(1) u= max

< uee,a max式中：umax指可输入的最大控制量。

由于Bang-Bang控制输出的是最大控制量，而整个系统本身由于有蓄能器组等设备，会给系统带来一定的滞后，当传感器检测到管路里的压力与目标值之差达到ea时，再切换控制模式到PID控制，此时压力必然会有一定的超调，所以ea不能太小，否则会造成整个管路压力的

e

图6 电磁阀密封试验 Fig. 6 The seal test of solenoid valve

本测试系统中传感器、信号调理和数据采集模块是最基本的硬件组成。由于LABVIEW的有丰富的信号分析及处理模块,其信号处理功能相当强大，因此对于某些易于产生误差和误差较大的硬件部分，本系统利用软件进行补偿和校正并对采样数据采取数字滤波及平滑处理等措施进一步提高了测试精度[14]。

为了说明实现精确压力控制的控制策略的可行性，本文以综合特性试验之一的密封试验为例进行说明，图6为电磁阀密封试验的结果图。密封试验要求使系统压力达到1.1倍的所测阀的公称压力并维持1 min。现场调试时所检测的电磁阀公称压力为2.5 MPa，故目标压力即为

2.75 MPa。首先由传感器采集到被测阀前的实时压力并将该压力值由数据采集卡传至工控机，测控软件将该实时压力值与设定的目标压力值相比较并进行控制算法计算后，将需控制量的输出通过测控软件传给PLC，由PLC

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第2期 郭北涛 等：基于虚拟仪器技术的电磁阀综合特性测控系统 297

从而达到控制系统压力的目的。从图上可以看出，被测电磁阀的阀前压力曲线可以分为3个阶段，第1阶段，开始阶段压力上升迅速，这是因为采用了Bang-Bang控制，使变频器控制泵的电机达到最大转速；第2阶段，当压力到达2.2 MPa左右，测控系统实施对压力的精确控制，当被测阀前的压力越来越接近1.1倍公称压力即2.75 MPa时，

ZHANG W N, SU ZH. Control actuator development platform based on virtual instrument[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2008,29(6):1310-1311. [5] 张维娜,苏中. 基于虚拟仪器的某火箭弹测试系统[J].

仪器仪表学报, 2006,27(增刊):223-227.

ZHANG W N, SU ZH. A rocket testing system based on virtual instrument[J]. Chinese Journal of Scientific In-strument, 2006,27(Suppl.):223-227.

[6] 高占凤,杜彦良,苏木标. 基于虚拟仪器的桥梁远程状

态数据采集系统[J]. 仪器仪表学报, 2007,27(10): 136l-1364.

GAO ZH F, DU Y L, SU M B. Remote bridge health data acquisition system based on virtual instrument[J]. Chi-nese Journal of Scientific Instrument, 2007,27(10):136l- 1364.

[7] 牛培峰. 基于信息融合技术的锅炉飞灰含碳量测控系

统[J]. 仪器仪表学报, 2009,30(6):1207-1210.

NIU P F. Measurement and control system for unburned carbon in fly ash based on information fusion tech-niques[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2009, 30(6):1207-1210.

[8] 杨乐平,李海涛,杨磊. LabVIEW程序设计与应用[M]. 2

版, 北京:电子工业出版社, 2005:10-12.

YANG L P, LI H T, YANG L. LabVIEW program de-sign and application[M]. 2nd ed. Beijing: Electronics In-dustry Press, 2005:10-12.

[9] LIPOVSZKI G, ARADI P. Simulating complex systems

and processes in LabVIEW[J]. Journal of Mathematical Sciences, 2006,132(5):629-636.

[10] FENG CH SH, ZHU W Q. Response of harmonically and

stochastically excited strongly nonlinear oscillators with delayed feedback bang-bang control[J]. Journal of Zheji-ang University Science A, 2009,10(1):54-61. …… 此处隐藏：3690字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……