CN104932591B - 全自动饱和蒸气压测定器及其测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全自动饱和蒸气压测定器及其测定方法，所述测定器包括水浴槽体；循环泵；置于水浴槽体内的电加热棒、温度传感器和氧弹；所述氧弹内盛装待测油品试样；调压模块；所述调压模块根据控制端接收的电压控制量调整输出端的输出电压；所述调压模块的输出端连接所述电加热棒；带动所述氧弹旋转的电机；测定待测油品饱和蒸气压力的压力传感器；连接所述温度传感器、调压模块、电机、压力传感器的控制器，该控制器接收温度传感器检测的水浴槽体内的实际温度值和水浴温度设定值，并输出电压控制量至调压模块的控制端；本发明通过对水浴温度的精度控制，进而保证与温度有明显对应关系的饱和蒸气压的测定结果的准确性和精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种饱和蒸气压测定装置，具体为一种全自动饱和蒸气压测定器及其测定方法。
背景技术
恒温水浴是生物、植物、物理、化工、医疗、环保等实验科学领域直接或辅助加热的精密仪器，良好的恒温水浴产品需要保证温度波动性小、实现水浴温度精确控制。
在一定的温度下与纯液体处于平衡状态时的蒸气压力，称为该温度下的饱和蒸气压，可见液体饱和蒸气压随温度改变而改变，温度是影响蒸气压的重要因素，因此若想准确的测定不同温度下的某一液体的饱和蒸气压，更需要快速平稳的完成温度的高精度控制。
化工、炼油、冶金、电站、制药和造纸等工业生产过程、以及其它实际应用***广泛存在着时滞现象。由于时滞的存在，使得被控量不能及时反映***所承受的扰动，产生明显的超调和较长的调节时间，甚至造成***的不稳定。然而面对日益复杂的***，如具有大时滞、非线性、时变等特征，很难建立精确的数学模型，限制了现有的控制理论在实际***中的应用，故在实际中不依赖于模型的PID控制仍然占据主导地位。但随着科学技术的飞速发展，PID控制已经难以满足高精度、高速度以及环境变化适应能力的要求。现有技术中的PID控制方式随着不断应用，逐步显露出如下缺点：①闭环动态品质对PID增益的变化太敏感，由于被控对象的环境经常变化，需要经常变动PID增益，这使PID的实际应用受到一定限制；②恒温水浴***具有一定的惯性，其温度测量值Pv是动态输出，让连续变化的Pv完全响应由控制***外部给出的阶跃给定值Sv，这存在着“天然”的不合理性；③“基于误差反馈来消除误差”是PID的精髓，但直接选取这种误差，常常使初始控制力太大而使***行为出现超调，该缺点是造成PID控制的闭环***中产生“快速性”和“超调”之间矛盾的主要原因；④PID是根据误差的比例、积分、微分的加权和形式来形成反馈控制量的，然而，除直接量测实际行为变化速度的场合(实际中这种场合比较少)外，由 于没有比较合适的微分器，常常只用PI(无误差微分反馈)控制律，限制了PID的控制能力。
现有技术中的饱和蒸气压测定装置，一般基于手动控制方式或PID控制方式来控制上述温度，在自动控制中，按偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行被控对象控制的PID控制公式应用十分广泛，但其难以兼顾静态特性和动态指标，且由于温度控制具有时间常数大的特性，PID控制方式常由于超调过大、积分饱和、不能很好的实时匹配被控***特性而造成控制混乱的结果，控制效果不佳，进而直接影响饱和蒸气压的测定结果。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种全自动饱和蒸气压测定器及其测定方法。
本发明的技术手段如下：
一种全自动饱和蒸气压测定器，包括：
具有进水口和出水口的水浴槽体；
循环泵；所述循环泵的进水管连接所述出水口，所述循环泵的出水管连接所述进水口；
置于水浴槽体内的电加热棒、温度传感器和氧弹；所述氧弹内盛装待测油品试样；所述温度传感器置于水浴槽体内，用于检测水浴温度实际值；
具有输入端、输出端和控制端的调压模块；所述调压模块根据控制端接收的电压控制量调整输出端的输出电压；所述调压模块的输出端连接所述电加热棒；所述调压模块的输入端连接单相220V交流电；
通过传动机构带动所述氧弹旋转的电机；
测定待测油品饱和蒸气压力的压力传感器；
触摸显示屏；用户通过对触摸显示屏执行触摸操作输入水浴温度设定值；
连接所述温度传感器、调压模块、电机、压力传感器和触摸显示屏的控制器，该控制器接收温度传感器检测的水浴槽体内的实际温度值和触摸显示屏传输过来的水浴温度设定值，并输出电压控制量至调压模块的控制端；
所述控制器按照如下方式实现电压控制量的输出：
S1：令L＝Y(m)＝Y(m-1)＝PV(m)、U(m)＝U(m-1)＝0；其中：L为温度导引值的初始值、Y(m)为第m时刻的温度导引值，Y(m-1)为第m-1时刻的温度导引值，U(m)为第m时刻的电压控制量，U(m-1)为第m-1时刻的电压控制量，m表示顺 序、取值为1,2…,n；
S2：获得第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差e(m)；
S3：对第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间偏差e(m)的绝对值|e(m)|，与稳态偏差限DL1、动态偏差限DL2进行比较，当|e(m)|＞DL2时，执行S4，当DL1≤|e(m)|≤DL2，执行S5，当|e(m)|＜DL1时，执行S9；
S4：当e(m)＞0时，控制器输出最大电压控制量至调压模块的控制端；当e(m)＜0时，控制器输出最小电压控制量至调压模块的控制端，执行S9；
S5：通过公式得出第m时刻的导引值Y(m)，其中，T表示导引时间系数；
S6：得出第m时刻的导引值Y(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差E(m)；
S7：通过公式ΔU(m)＝AP*E(m)+AV*[E(m)-E(m-1)]得出第m时刻的电压控制量变化量ΔU(m)，其中，AP为位置项调节参数、AV为速度项调节参数，E(m-1)为第m-1时刻的导引值Y(m-1)与水浴温度实际值PV(m-1)之间的偏差；
S8：利用公式U(m)＝U(m-1)+ΔU(m)得出第m时刻的电压控制量U(m)，控制器输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端以控制调压模块的输出电压，进而调节电加热棒的加热功率以实现水浴温度的控制，执行S9；
S9：控制器判断水浴温度实际值PV(m)是否达到并稳定在水浴温度设定值SV(m)，是则执行S11，否则执行S10；
S10：随时间推移进入下一时刻，令m＝m+1，返回S3；
S11：控制器控制所述电机启动，所述压力传感器完成待测油品饱和蒸气压力的测定；
另外，所述测定器还包括线圈均与所述控制器相连接的第一继电器和第二继电器；第一继电器的常开触点和第二继电器的常开触点均串接在单相220V交流电的供电回路中；通过控制第一继电器的常开触点的状态实现调压模块输入电压和循环泵供电电压的通断；通过控制第二继电器的常开触点的状态实现所述电机供电电压的通断；
另外，所述测定器还包括能够打印待测油品饱和蒸气压力数据的打印机。
一种如上所述的全自动饱和蒸气压测定器的测定方法，包括如下步骤：
步骤1：开启循环泵；
步骤2：给出第m时刻的水浴温度设定值SV(m)，温度传感器检测第m时刻的水浴温度实际值PV(m)；
步骤3：令L＝Y(m)＝Y(m-1)＝PV(m)、U(m)＝U(m-1)＝0；其中：L为温度导引值的初始值、Y(m)为第m时刻的温度导引值，Y(m-1)为第m-1时刻的温度导引值，U(m)为第m时刻的电压控制量，U(m-1)为第m-1时刻的电压控制量，m表示顺序、取值为1,2…,n；
步骤4：获得第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差e(m)；
步骤5：对第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间偏差e(m)的绝对值|e(m)|，与稳态偏差限DL1、动态偏差限DL2进行比较，当|e(m)|＞DL2时，执行步骤6，当DL1≤|e(m)|≤DL2，执行步骤7，当|e(m)|＜DL1时，执行步骤11；
步骤6：当e(m)＞0时，控制器输出最大电压控制量至调压模块的控制端；当e(m)＜0时，控制器输出最小电压控制量至调压模块的控制端，执行步骤11；
步骤7：通过公式得出第m时刻的导引值Y(m)，其中，T表示导引时间系数；
步骤8：得出第m时刻的导引值Y(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差E(m)；
步骤9：通过公式ΔU(m)＝AP*E(m)+AV*[E(m)-E(m-1)]得出第m时刻的电压控制量变化量ΔU(m)，其中，AP为位置项调节参数、AV为速度项调节参数，E(m-1)为第m-1时刻的导引值Y(m-1)与水浴温度实际值PV(m-1)之间的偏差；
步骤10：利用公式U(m)＝U(m-1)+ΔU(m)得出第m时刻的电压控制量U(m)，控制器输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端以控制调压模块的输出电压，进而调节电加热棒的加热功率以实现水浴温度的控制，执行步骤11；
步骤11：控制器判断水浴温度实际值PV(m)是否达到并稳定在水浴温度设定值SV(m)，是则执行步骤13，否则执行步骤12；
步骤12：随时间推移进入下一时刻，令m＝m+1，返回步骤5；
步骤13：控制器控制所述电机启动，所述压力传感器完成待测油品饱和蒸气压力的测定；
进一步地，公式通过如下方式获得：
①采用一阶惯性环节阶跃响应模型作为导引模型式中G(s)表示传递函数、Y(s)表示输出、X(s)表示输入、K表示稳态增益、Tf表示时间常数、s表示时间算子；
②根据所构建的导引模型得到差分方程式中TS表示采样时间、y(m)表示第m时刻的输出、y(m-1)表示第m-1时刻的输出、x(m)表示第m时刻的输入；
③根据差分方程得出温度导引函数y(m)＝a*y(m-1)+(1-a)*x(m)，式中a表示滤波因子；
④令T＝Tf、Ts＝1、y(m)＝y(m)-L、y(m-1)＝y(m-1)-L、x(m)＝SV(m)-L，通过温度导引函数得出导引值Y(m)的计算公式
进一步地，当|e(m)|＝DL2时，所述控制器在输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端之前，首先设置切入点值并使得输出的电压控制量等于切入点值；
进一步地，当SV(m)-DL2＜PV(m)＜SV(m)+DL2时，所述控制器实时将第m时刻的导引值Y(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差的绝对值|E(m)|，与C*DL2进行比较，当|E(m)|≥C*DL2时，再次利用公式ΔU(m)＝AP*E(m)+AV*[E(m)-E(m-1)]得出调压模块输出控制参数ΔU(m),进而控制器输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端，其中，C为二次导引系数；
进一步地，所述控制器判断水浴温度实际值PV(m)是否在3T时间内达到水浴温度设定值SV(m)，否则再次利用公式ΔU(m)＝AP*E(m)+AV*[E(m)-E(m-1)]得出调压模块输出控制参数ΔU(m),进而控制器输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端；
进一步地，所述控制器对压力传感器输出的待测油品各蒸气压力数据进行比较，以确定最大蒸气压力数据作为饱和蒸气压力；在确定饱和蒸气压力后，进行所述饱和蒸气压力的存储和打印。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的全自动饱和蒸气压测定器及其测定方法，对水浴温度的控制，在稳定特性方面，能够使被控对象的实际值按照导引轨迹的要求，循序渐进的跟踪，有效抑制振荡和超调，在获得良好控制效果的同时不会延长响应时间，同时能够有效控制不确定大时滞非线性对象，表现较强的鲁棒性和适应性，充分体现非线性控制器的优点。本发明通过对水浴 温度的精度控制，进而保证与温度有明显对应关系的饱和蒸气压的测定结果的准确性和精度，能够适用于准确性要求较高的石油化工分析仪器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述测定器的结构框图；
图2是本发明所述测定方法的流程图；
图3是本发明所述测定器的配线图。
图中：1、加热棒，2、水浴槽体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示的一种全自动饱和蒸气压测定器，包括：具有进水口和出水口的水浴槽体；循环泵；所述循环泵的进水管连接所述出水口，所述循环泵的出水管连接所述进水口；置于水浴槽体内的电加热棒、温度传感器和氧弹；所述氧弹内盛装待测油品试样；所述温度传感器置于水浴槽体内，用于检测水浴温度实际值；具有输入端、输出端和控制端的调压模块；所述调压模块根据控制端接收的电压控制量调整输出端的输出电压；所述调压模块的输出端连接所述电加热棒；所述调压模块的输入端连接单相220V交流电；通过传动机构带动所述氧弹旋转的电机；测定待测油品饱和蒸气压力的压力传感器；触摸显示屏；用户通过对触摸显示屏执行触摸操作输入水浴温度设定值；连接所述温度传感器、调压模块、电机、压力传感器和触摸显示屏的控制器，该控制器接收温度传感器检测的水浴槽体内的实际温度值和触摸显示屏传输过来的水浴温度设定值，并输出电压控制量至调压模块的控制端；所述控制器按照如下方式实现电压控制量的输出：
S1：令L＝Y(m)＝Y(m-1)＝PV(m)、U(m)＝U(m-1)＝0；其中：L为温度导引值 的初始值、Y(m)为第m时刻的温度导引值，Y(m-1)为第m-1时刻的温度导引值，U(m)为第m时刻的电压控制量，U(m-1)为第m-1时刻的电压控制量，m表示顺序、取值为1,2…,n；
S2：获得第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差e(m)；
S3：对第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间偏差e(m)的绝对值|e(m)|，与稳态偏差限DL1、动态偏差限DL2进行比较，当|e(m)|＞DL2时，执行S4，当DL1≤|e(m)|≤DL2，执行S5，当|e(m)|＜DL1时，执行S9；
S4：当e(m)＞0时，控制器输出最大电压控制量至调压模块的控制端；当e(m)＜0时，控制器输出最小电压控制量至调压模块的控制端，执行S9；
S5：通过公式得出第m时刻的导引值Y(m)，其中，T表示导引时间系数；
S6：得出第m时刻的导引值Y(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差E(m)；
S7：通过公式ΔU(m)＝AP*E(m)+AV*[E(m)-E(m-1)]得出第m时刻的电压控制量变化量ΔU(m)，其中，AP为位置项调节参数、AV为速度项调节参数，E(m-1)为第m-1时刻的导引值Y(m-1)与水浴温度实际值PV(m-1)之间的偏差；
S8：利用公式U(m)＝U(m-1)+ΔU(m)得出第m时刻的电压控制量U(m)，控制器输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端以控制调压模块的输出电压，进而调节电加热棒的加热功率以实现水浴温度的控制，执行S9；
S9：控制器判断水浴温度实际值PV(m)是否达到并稳定在水浴温度设定值SV(m)，是则执行S11，否则执行S10；
S10：随时间推移进入下一时刻，令m＝m+1，返回S3；
S11：控制器控制所述电机启动，所述压力传感器完成待测油品饱和蒸气压力的测定；
另外，所述测定器还包括线圈均与所述控制器相连接的第一继电器和第二继电器；第一继电器的常开触点和第二继电器的常开触点均串接在单相220V交流电的供电回路中；通过控制第一继电器的常开触点的状态实现调压模块输入电压和循环泵供电电压的通断；通过控制第二继电器的常开触点的状态实现所述电机供电电压的通断；另外，所述测定器还包括能够打印待测油品饱和蒸气压力数据的打印机；所述触摸显示屏为MCGS触摸显示屏。图3示出了本发明所述测定器的配线图，其中J1为第一继电器，J2为第二继电器，控制器与触摸显示屏通过RS485总线相连接，打印机与触摸显示屏通过RS232总线相连接。
如图2所示的一种如上所述的全自动饱和蒸气压测定器的测定方法，包括如下步骤：
步骤1：开启循环泵；
步骤2：给出第m时刻的水浴温度设定值SV(m)，温度传感器检测第m时刻的水浴温度实际值PV(m)；
步骤3：令L＝Y(m)＝Y(m-1)＝PV(m)、U(m)＝U(m-1)＝0；其中：L为温度导引值的初始值、Y(m)为第m时刻的温度导引值，Y(m-1)为第m-1时刻的温度导引值，U(m)为第m时刻的电压控制量，U(m-1)为第m-1时刻的电压控制量，m表示顺序、取值为1,2…,n；
步骤4：获得第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差e(m)；
步骤5：对第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间偏差e(m)的绝对值|e(m)|，与稳态偏差限DL1、动态偏差限DL2进行比较，当|e(m)|＞DL2时，执行步骤6，当DL1≤|e(m)|≤DL2，执行步骤7，当|e(m)|＜DL1时，执行步骤11；
步骤6：当e(m)＞0时，控制器输出最大电压控制量至调压模块的控制端；当e(m)＜0时，控制器输出最小电压控制量至调压模块的控制端，执行步骤11；
步骤7：通过公式得出第m时刻的导引值Y(m)，其中，T表示导引时间系数；
步骤8：得出第m时刻的导引值Y(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差E(m)；
步骤9：通过公式ΔU(m)＝AP*E(m)+AV*[E(m)-E(m-1)]得出第m时刻的电压控制量变化量ΔU(m)，其中，AP为位置项调节参数、AV为速度项调节参数，E(m-1)为第m-1时刻的导引值Y(m-1)与水浴温度实际值PV(m-1)之间的偏差；
步骤10：利用公式U(m)＝U(m-1)+ΔU(m)得出第m时刻的电压控制量U(m)，控制器输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端以控制调压模块的输出电压，进而调节电加热棒的加热功率以实现水浴温度的控制，执行步骤11；
步骤11：控制器判断水浴温度实际值PV(m)是否达到并稳定在水浴温度设定 值SV(m)，是则执行步骤13，否则执行步骤12；
步骤12：随时间推移进入下一时刻，令m＝m+1，返回步骤5；
步骤13：控制器控制所述电机启动，所述压力传感器完成待测油品饱和蒸气压力的测定；
进一步地，公式通过如下方式获得：
①采用一阶惯性环节阶跃响应模型作为导引模型式中G(s)表示传递函数、Y(s)表示输出、X(s)表示输入、K表示稳态增益、Tf表示时间常数、s表示时间算子；
②根据所构建的导引模型得到差分方程式中TS表示采样时间、y(m)表示第m时刻的输出、y(m-1)表示第m-1时刻的输出、x(m)表示第m时刻的输入；
③根据差分方程得出温度导引函数y(m)＝a*y(m-1)+(1-a)*x(m)，式中a表示滤波因子；
④令T＝Tf、Ts＝1、y(m)＝y(m)-L、y(m-1)＝y(m-1)-L、x(m)＝SV(m)-L，通过温度导引函数得出导引值Y(m)的计算公式
进一步地，当SV(m)-DL2＜PV(m)＜SV(m)+DL2时，所述控制器实时将第m时刻的导引值Y(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差的绝对值|E(m)|，与C*DL2进行比较，当|E(m)|≥C*DL2时，再次利用公式ΔU(m)＝AP*E(m)+AV*[E(m)-E(m-1)]得出调压模块输出控制参数ΔU(m),进而控制器输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端，其中，C为二次导引系数；进一步地，所述控制器判断水浴温度实际值PV(m)是否在3T时间内达到水浴温度设定值SV(m)，否则再次利用公式ΔU(m)＝AP*E(m)+AV*[E(m)-E(m-1)]得出调压模块输出控制参数ΔU(m),进而控制器输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端；进一步地，所述控制器对压力传感器输出的待测油品各蒸气压力数据进行比较，以确定最大蒸气压力数据作为饱和蒸气压力；在确定饱和蒸气压力后，进行所述饱和蒸气压力的存储和打印。
本发明稳态偏差限DL1和动态偏差限DL2为设定的偏差限值，其中：DL1与DL2是根据工艺要求设定的，均为正数，且DL1＜DL2，当|e(m)|＞DL2时即第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差e(m)的绝对值大 于动态偏差限，则说明被控对象的设定值与实际值之间的误差极大，需要采用全力以赴的控制策略，具体为当e(m)＞0时，控制器输出最大电压控制量至调压模块的控制端；当e(m)＜0时，控制器输出最小电压控制量至调压模块的控制端，当DL1≤|e(m)|≤DL2即第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差e(m)的绝对值在稳态偏差限和动态偏差限之间，那么为了使得被控对象的实际值以合适的速度达到设定值，并减小甚至消除振荡超调，则采用一阶惯性环节引领策略，具体为通过公式得出第m时刻的导引值Y(m)，得出第m时刻的导引值Y(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差E(m)，通过公式ΔU(m)＝AP*E(m)+AV*[E(m)-E(m-1)]得出第m时刻的电压控制量变化量ΔU(m)，利用公式U(m)＝U(m-1)+ΔU(m)得出第m时刻的电压控制量U(m)，控制器输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端以控制调压模块的输出电压，进而调节电加热棒的加热功率以实现水浴温度的控制，该策略不依赖于被控对象的模型，只需粗略定性了解对象特性，适用于对不确定对象的控制。
本发明当|e(m)|＝DL2时，所述控制器在输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端之前，首先设置切入点值并使得输出的电压控制量等于切入点值，即在由全力以赴的控制策略转换到一阶惯性环节引领策略的过程中，控制器根据设置的切入点实现调压模块输出电压的控制，上述设置的切入点为水浴温度控制***达到稳定状态时控制器输出的电压控制量，这样能够防止控制器动作过大引起的振荡和超调，可以有效防止过冲，进而实现控的住、控的稳，否则在由全力以赴的控制策略转换到一阶惯性环节引领策略的过程中，控制器输出的电压控制量将从最大电压控制量或最小电压控制量开始调节至一阶惯性环节引领策略下的电压控制量U(m)，容易出现振荡或超调的现象；另外，在水浴温度实际值PV(m)达到水浴温度设定值SV(m)之后，所述控制器实时将第m时刻的导引值Y(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差的绝对值|E(m)|，与C*DL2进行比较，当|E(m)|≥C*DL2时，再次利用公式ΔU(m)＝AP*E(m)+AV*[E(m)-E(m-1)]得出调压模块输出控制参数ΔU(m),进而控制器输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端，这样能够实现当温控***的稳定工况遭到破坏时，对被控对象如温度再一次进行引领，实现当出现扰动情况下仍然能够使被控对象的实际值按照导引轨迹的要求，循序渐进的跟踪，比如当将装有油样的氧弹放入水浴槽体内，实际水温将下降，将会对已经达到的温度平衡状态造成扰动，这时将执行再次导引。所述 控制器还判断水浴温度实际值PV(m)是否在3T时间内达到水浴温度设定值SV(m)，否则再次利用公式ΔU(m)＝AP*E(m)+AV*[E(m)-E(m-1)]得出调压模块输出控制参数ΔU(m),进而控制器输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端，能够实现当水浴温度实际值PV(m)在3T时间内不能达到水浴温度设定值SV(m)则再次导引。
本发明当水浴温度实际值PV(m)达到并稳定在水浴温度设定值SV(m)，将装有油样的氧弹放入水浴槽体内，这里的水浴温度实际值PV(m)稳定在水浴温度设定值SV(m)，具体应用时可以检测水浴温度实际值PV(m)稳定在水浴温度设定值SV(m)并维持5分钟内不变，待油样膨胀后所述压力传感器测定蒸气压力，控制器对压力传感器输出的待测油品各蒸气压力数据进行比较，以确定最大蒸气压力数据作为饱和蒸气压力，所述测定器还包括用于对饱和蒸气压力值进行存储的存储器和能够打印饱和蒸气压力数据的打印机，在确定饱和蒸气压力之后，同时对饱和蒸气压力进行存储和打印；控制器与调压模块的控制端之间通过电阻相连，该电阻能够将控制器输出的4～20mA电流信号转换为1～5V电压信号，进而控制调压模块输出0～220V电压。控制器对压力传感器输出的待测油品各蒸气压力数据进行逐一比较，以确定最大蒸气压力数据作为饱和蒸气压力的过程如下：
max1＝max
IF弹体压力实测值>max THEN
max＝弹体压力实测值
ENDIF
IF max1-max＝0THEN
tt＝tt+1
ELSE
tt＝0
ENDIF
IF tt＝120THEN
弹体压力稳定值＝max
ENDIF
其中max1、max为中间变量，tt表示时间。
本发明对水浴温度的控制，在稳定特性方面，能够使被控对象的实际值按 照导引轨迹的要求，循序渐进的跟踪，有效抑制振荡和超调，在获得良好控制效果的同时不会延长响应时间，同时能够有效控制不确定大时滞非线性对象，表现较强的鲁棒性和适应性，充分体现非线性控制器的优点。
本发明通过对水浴温度的精度控制，进而保证与温度有明显对应关系的饱和蒸气压的测定结果的准确性和精度，能够适用于准确性要求较高的石油化工分析仪器。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种全自动饱和蒸气压测定器，其特征在于所述测定器包括：
具有进水口和出水口的水浴槽体；
循环泵；所述循环泵的进水管连接所述出水口，所述循环泵的出水管连接所述进水口；
置于水浴槽体内的电加热棒、温度传感器和氧弹；所述氧弹内盛装待测油品试样；所述温度传感器置于水浴槽体内，用于检测水浴温度实际值；
具有输入端、输出端和控制端的调压模块；所述调压模块根据控制端接收的电压控制量调整输出端的输出电压；所述调压模块的输出端连接所述电加热棒；所述调压模块的输入端连接单相220V交流电；
通过传动机构带动所述氧弹旋转的电机；
测定待测油品饱和蒸气压力的压力传感器；
触摸显示屏；用户通过对触摸显示屏执行触摸操作输入水浴温度设定值；
连接所述温度传感器、调压模块、电机、压力传感器和触摸显示屏的控制器，该控制器接收温度传感器检测的水浴槽体内的实际温度值和触摸显示屏传输过来的水浴温度设定值，并输出电压控制量至调压模块的控制端；
所述控制器按照如下方式实现电压控制量的输出：
S1：令L＝Y(m)＝Y(m-1)＝PV(m)、U(m)＝U(m-1)＝0；其中：L为温度导引值的初始值、Y(m)为第m时刻的温度导引值，Y(m-1)为第m-1时刻的温度导引值，U(m)为第m时刻的电压控制量，U(m-1)为第m-1时刻的电压控制量，m表示顺序、取值为1,2…,n；
S2：获得第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差e(m)；
S3：对第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间偏差e(m)的绝对值|e(m)|，与稳态偏差限DL1、动态偏差限DL2进行比较，当|e(m)|＞DL2时，执行S4，当DL1≤|e(m)|≤DL2，执行S5，当|e(m)|＜DL1时，执行S9；
S4：当e(m)＞0时，控制器输出最大电压控制量至调压模块的控制端；当e(m)＜0时，控制器输出最小电压控制量至调压模块的控制端，执行S9；
S5：通过公式得出第m时刻的导引值Y(m)， 其中，T表示导引时间系数；
S6：得出第m时刻的导引值Y(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差E(m)；
S7：通过公式ΔU(m)＝AP*E(m)+AV*[E(m)-E(m-1)]得出第m时刻的电压控制量变化量ΔU(m)，其中，AP为位置项调节参数、AV为速度项调节参数，E(m-1)为第m-1时刻的导引值Y(m-1)与水浴温度实际值PV(m-1)之间的偏差；
S8：利用公式U(m)＝U(m-1)+ΔU(m)得出第m时刻的电压控制量U(m)，控制器输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端以控制调压模块的输出电压，进而调节电加热棒的加热功率以实现水浴温度的控制，执行S9；
S9：控制器判断水浴温度实际值PV(m)是否达到并稳定在水浴温度设定值SV(m)，是则执行S11，否则执行S10；
S10：随时间推移进入下一时刻，令m＝m+1，返回S3；
S11：控制器控制所述电机启动，所述压力传感器完成待测油品饱和蒸气压力的测定。
2.根据权利要求1所述的全自动饱和蒸气压测定器，其特征在于所述测定器还包括线圈均与所述控制器相连接的第一继电器和第二继电器；第一继电器的常开触点和第二继电器的常开触点均串接在单相220V交流电的供电回路中；通过控制第一继电器的常开触点的状态实现调压模块输入电压和循环泵供电电压的通断；通过控制第二继电器的常开触点的状态实现所述电机供电电压的通断。
3.根据权利要求1所述的全自动饱和蒸气压测定器，其特征在于所述测定器还包括能够打印待测油品饱和蒸气压力数据的打印机。
4.一种如权利要求1所述的全自动饱和蒸气压测定器的测定方法，其特征在于，所述测定方法包括如下步骤：
步骤1：开启循环泵；
步骤2：给出第m时刻的水浴温度设定值SV(m)，温度传感器检测第m时刻的水浴温度实际值PV(m)；
步骤3：令L＝Y(m)＝Y(m-1)＝PV(m)、U(m)＝U(m-1)＝0；其中：L为温度导引值的初始值、Y(m)为第m时刻的温度导引值，Y(m-1)为第m-1时刻的温度导引值，U(m)为第m时刻的电压控制量，U(m-1)为第m-1时刻的电压控制量，m表示顺序、取值为1,2…,n；
步骤4：获得第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间 的偏差e(m)；
步骤5：对第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间偏差e(m)的绝对值|e(m)|，与稳态偏差限DL1、动态偏差限DL2进行比较，当|e(m)|＞DL2时，执行步骤6，当DL1≤|e(m)|≤DL2，执行步骤7，当|e(m)|＜DL1时，执行步骤11；
步骤6：当e(m)＞0时，控制器输出最大电压控制量至调压模块的控制端；当e(m)＜0时，控制器输出最小电压控制量至调压模块的控制端，执行步骤11；
步骤7：通过公式得出第m时刻的导引值Y(m)，其中，T表示导引时间系数；
步骤8：得出第m时刻的导引值Y(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差E(m)；
步骤9：通过公式ΔU(m)＝AP*E(m)+AV*[E(m)-E(m-1)]得出第m时刻的电压控制量变化量ΔU(m)，其中，AP为位置项调节参数、AV为速度项调节参数，E(m-1)为第m-1时刻的导引值Y(m-1)与水浴温度实际值PV(m-1)之间的偏差；
步骤10：利用公式U(m)＝U(m-1)+ΔU(m)得出第m时刻的电压控制量U(m)，控制器输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端以控制调压模块的输出电压，进而调节电加热棒的加热功率以实现水浴温度的控制，执行步骤11；
步骤11：控制器判断水浴温度实际值PV(m)是否达到并稳定在水浴温度设定值SV(m)，是则执行步骤13，否则执行步骤12；
步骤12：随时间推移进入下一时刻，令m＝m+1，返回步骤5；
步骤13：控制器控制所述电机启动，所述压力传感器完成待测油品饱和蒸气压力的测定。
5.根据权利要求4所述的全自动饱和蒸气压测定器的测定方法，其特征在于公式通过如下方式获得：
①采用一阶惯性环节阶跃响应模型作为导引模型式中G(s)表示传递函数、Y(s)表示输出、X(s)表示输入、K表示稳态增益、Tf表示时间常数、s表示时间算子；
②根据所构建的导引模型得到差分方程式中TS表示采样时间、y(m)表示第m时刻的输出、y(m-1)表示第m-1时刻的输出、x(m) 表示第m时刻的输入；
③根据差分方程得出温度导引函数y(m)＝a*y(m-1)+(1-a)*x(m)，式中a 表示滤波因子；
④令T＝Tf、Ts＝1、y(m)＝y(m)-L、y(m-1)＝y(m-1)-L、x(m)＝SV(m)-L，通过温度导引函数得出导引值Y(m)的计算公式
6.根据权利要求4所述的全自动饱和蒸气压测定器的测定方法，其特征在于当|e(m)|＝DL2时，所述控制器在输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端之前，首先设置切入点值并使得输出的电压控制量等于切入点值。
7.根据权利要求4所述的全自动饱和蒸气压测定器的测定方法，其特征在于当SV(m)-DL2＜PV(m)＜SV(m)+DL2时，所述控制器实时将第m时刻的导引值Y(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差的绝对值|E(m)|，与C*DL2进行比较，当|E(m)|≥C*DL2时，再次利用公式ΔU(m)＝AP*E(m)+AV*[E(m)-E(m-1)]得出调压模块输出控制参数ΔU(m),进而控制器输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端，其中，C为二次导引系数。
8.根据权利要求4所述的全自动饱和蒸气压测定器的测定方法，其特征在于所述控制器判断水浴温度实际值PV(m)是否在3T时间内达到水浴温度设定值SV(m)，否则再次利用公式ΔU(m)＝AP*E(m)+AV*[E(m)-E(m-1)]得出调压模块输出控制参数ΔU(m),进而控制器输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端。
9.根据权利要求4所述的全自动饱和蒸气压测定器的测定方法，其特征在于所述控制器对压力传感器输出的待测油品各蒸气压力数据进行比较，以确定最大蒸气压力数据作为饱和蒸气压力；在确定饱和蒸气压力后，进行所述饱和蒸气压力的存储和打印。
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