本站小編為你精心準(zhǔn)備了雙級(jí)氣流場(chǎng)壓力解耦的控制參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《計(jì)測(cè)技術(shù)雜志》2015年第二期

1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

氣體需要保持一定流量的流動(dòng)，從而提高實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)氣體溫度、壓力和濕度的均勻性。氣體的這種流動(dòng)性給艙內(nèi)壓力控制帶來(lái)了困難，本系統(tǒng)使用比例調(diào)節(jié)閥作為控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)閥門開度改變氣路的有效導(dǎo)通面積，從而改變輸入與輸出氣體的流量，實(shí)現(xiàn)飽和器和實(shí)驗(yàn)艙壓力精密控制的目的。為了解決調(diào)節(jié)速度和分辨力這一矛盾，設(shè)計(jì)了粗調(diào)閥和精調(diào)閥并聯(lián)結(jié)構(gòu)。暫態(tài)過(guò)程使用粗調(diào)閥，減小調(diào)節(jié)時(shí)間;穩(wěn)態(tài)過(guò)程使用精調(diào)閥，提高控制精度。如圖1所示，上游飽和器C1以S1作正壓源，以C2作負(fù)壓源，通過(guò)V1，V2控制飽和器壓力;下游實(shí)驗(yàn)艙C2以C1作正壓源，以S2作負(fù)壓源，通過(guò)V3，V4，V5，V6，V7控制實(shí)驗(yàn)艙壓力。可以看出，飽和器壓力與實(shí)驗(yàn)艙壓力在控制過(guò)程中是相互影響的，彼此不是獨(dú)立的，具有很強(qiáng)的耦合關(guān)系。飽和器與實(shí)驗(yàn)艙壓力控制框圖如圖2所示。假定飽和器和實(shí)驗(yàn)艙壓力控制對(duì)象的傳遞函數(shù)分別為GU(s)，GD(s);對(duì)應(yīng)的控制器傳遞函數(shù)分別為L(zhǎng)U(s)，LD(s);RU(s)，RD(s)分別表示飽和器和實(shí)驗(yàn)艙的壓力階躍輸入;ULU(s)，ULD(s)分別表示控制器輸出;YU(s)，YD(s)分別表示實(shí)際輸出;PU(s)表示飽和器壓力對(duì)實(shí)驗(yàn)艙壓力的擾動(dòng)，PD(s)表示實(shí)驗(yàn)艙壓力對(duì)飽和器壓力的擾動(dòng)［2］。

2系統(tǒng)建模

壓力控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是比例調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥通過(guò)調(diào)節(jié)閥門開度大小改變通過(guò)的氣體流量，容器的壓力變化與流入和流出的氣體流量差成正相關(guān)。因此，分析調(diào)節(jié)閥的流量與開度關(guān)系，就可以建立調(diào)節(jié)閥與壓力的模型。本文以理想氣體為研究對(duì)象，由理想氣體狀態(tài)方程。設(shè)飽和器輸入流量為QUi，飽和器輸出流量為QUo;實(shí)驗(yàn)艙輸入流量為QDi，實(shí)驗(yàn)艙輸出流量為QDo，則飽和器壓力pU與實(shí)驗(yàn)艙壓力pD的動(dòng)態(tài)方程可以表示。

3解耦控制

針對(duì)圖2中飽和器和實(shí)驗(yàn)艙壓力控制中的耦合問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了對(duì)角矩陣法來(lái)進(jìn)行解耦控制，對(duì)角陣解耦的實(shí)質(zhì)是讓被控對(duì)象的傳遞函數(shù)矩陣與解耦矩陣的乘積等于對(duì)角陣。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果

課題要求實(shí)驗(yàn)艙壓力檢定范圍:45～130kPa，穩(wěn)態(tài)精度:10Pa。定義穩(wěn)態(tài)精度為控制進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后氣壓不超出目標(biāo)值的最大幅度。在氣體溫度為25℃下，設(shè)定實(shí)驗(yàn)艙控制目標(biāo)為90kPa，飽和器控制目標(biāo)為180kPa，在其他條件不變的情況下，分別進(jìn)行無(wú)解耦壓力控制與有解耦壓力控制實(shí)驗(yàn)。本文主要關(guān)注壓力控制的穩(wěn)態(tài)特性，因此對(duì)于控制過(guò)程的暫態(tài)特性不進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4和圖5所示，采樣周期為100ms。圖4為解耦前后飽和器的穩(wěn)態(tài)壓力對(duì)比圖，可見(jiàn)，解耦后穩(wěn)態(tài)精度提高了3倍。圖5為解耦前后實(shí)驗(yàn)艙穩(wěn)態(tài)壓力對(duì)比圖，可以發(fā)現(xiàn)，解耦后實(shí)驗(yàn)艙壓力穩(wěn)態(tài)精度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，穩(wěn)態(tài)精度在6Pa，達(dá)到了課題要求。

5結(jié)論

針對(duì)氣候觀測(cè)綜合計(jì)量檢定系統(tǒng)的飽和器與實(shí)驗(yàn)艙壓力控制具有極強(qiáng)的耦合關(guān)系，應(yīng)用對(duì)角矩陣法對(duì)雙極氣流場(chǎng)進(jìn)行解耦，克服上游飽和器壓力與下游實(shí)驗(yàn)艙壓力的相互影響，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，取得了很好的效果，提高了壓力控制的穩(wěn)態(tài)精度。

作者：何畔孟曉風(fēng)單位：北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院