PID控制反馈升压速率的爆破测试平台分析

于曦

【摘 要】本次设计的PID控制反馈升压速率装置的爆破测试平台，综合运用了所学的基本理论、基本知识和相关的液压系统专业知识。PID控制反馈升压速率装置的爆破测试平台由以下部分组成：动力装置，稳压装置，控制装置，辅助装置以及测试装置，以普通液体为工作介质，用于普通PID控制反馈升压速率装置的爆破压力测试。所述的稳压装置由PID调节仪，伺服电机，气缸构成；所述的动力装置由气动增压泵构成；所述的辅助装置由过滤器，传感器，压力表和缓冲罐构成；所述的测试装置由需要测试的装置构成；所述的稳压装置由伺服电机，活塞，气缸构成。所述控制装置由方向控制阀和压力控制阀构成，由其控制工作介质的流动方向以及压力大小，以满足负载的不同要求；所述辅助装置由过滤器，传感器，压力表，缓冲罐构成。与现有技术相比，本设计采用PID控制反馈升压速率装置，有效避免了压力不稳导致试验结果偏差的问题，填补了技术空白，为规范、快速和准确地进行PID控制反馈升压速率装置检验提供了技术支持。

【关键字】PID调节仪；升压速率；爆破测试平台

中图分类号： TP274.4 文献标识码： A 文章编号：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调控仪来控制升压速率，能得到稳定的压力，并有效减小实验误差。

所述PID控制反馈升压速率装置的爆破测试平台是以计算机为基础的，可提供一整套完整的升压速率稳定的检验系统。操作系统界面友好，操作简便，具有良好的可扩展性。如该装置原理图所示的PID控制反馈升压速率装置的爆破测试平台动力装置入口连接输入介质，出口连接测试装置，输入低压介质，输出高压介质。动力装置与介质入口之间串联安装过滤器，流量传感器，流量阀作为辅助与控制元件。动力装置与测试装置之间串联安装高压压力表，压力传感器，高压阀以及缓冲装置作为辅助与控制元件。压力传感器与高压阀之间并联安装一个卸荷阀连接水箱，用作卸荷。同时数据采集分析记录仪分别连接两个传感器，接受数据。

本套装置利用伺服电机转动来控制活塞在气缸中的位置来控制气压。采用PID控制，既可以产生线性变化的气压，也可以产生精确稳定的气压。升压降压速率是连续的，可调的，且气压变化线性度非常好。

系统由气缸、活塞、伺服电机以及丝杠等部分组成。以单片机为控制器，并发出脉冲信号，控制伺服电机转动，经齿轮减速器减速后，该转动动力通过柔性联轴器，输送到滚珠丝杠副并转换为直线运动，且推动活塞做往复运动。活塞的位置变动能影响气缸容积，进而改变密封容器中气体压强。选用伺服电机作为动力源。为了实现恒定的升降压速率，要分析气体升降压速率与伺服电机转速的关系。并且，产生线性变化的气压，才能正确应用PID，产生稳定气压。

气体升降压速率与伺服电机转速之间并非简单的线性关系。如下。气缸中的气体基本符合理想气体状态方程

（P+P0）*V=nRT（1）

式中，P为压强（表压）；P0为标准大气压；V为气缸等密闭容器体积；n为物质的量；R为气体常数； T为温度，可近似看作是等温变化，即T不随时间变化而变化。

其中体积 V 可以表示为

V=S0*L+V（2）

式中，S0为活塞截面面积；L为有效气缸长度；V0 为气缸外其余管路空间，含被检压力传感器内部空间。将式（2）代入式（1）对时间求导并整理得到

式中，升降压速率vp=dP/dt；常数A=nRT/aS0，且其值由实验确定。该式表达了升降压速率与电机转速的关系，升降压速率vp与伺服电机转速vr和当前气压P均有关系。

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