CN105629836A - 一种带反馈检测的自动喷雾控制***以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带反馈检测的自动喷雾控制***，包括：超声波干雾降尘喷嘴、用于检测干雾质量的激光发射装置和激光接收装置、A/D信号转换器、主控制器以及用于检测气压水压的压力传感器，激光接收装置为接收透镜，光电二极管组成的光电探测传感器，传感器信号经上述A/D转换器转换后输入上述主控制器；主控制器根据上述A/D转换器反馈的信号，通过步进电机自动控制上述控水电磁阀和控气电磁阀的开合度。本发明的***有效弥补了现有超声波干雾降尘设备中的不足，利用激光散射法进行实时监测，通过PID算法自动控制空压机和阀门以保证气流和水流保持在最佳值，保证该类设备能够持续性产生有效干雾，延长设备的寿命，提高资源利用率。

Description

一种带反馈检测的自动喷雾控制***以及控制方法

技术领域

本发明涉及环保设备领域，尤其是降尘设备，具体涉及一种带反馈检测的自动喷雾控制***以及控制方法。

背景技术

随着工业生产、生活的不断发展，冶金炼钢电炉和以原煤为燃料的锅炉不断增加，放入大气的污染物也随之增加。其中，炉窖排放的大气污染物，特别是直径在10微米以下的可吸入粉尘颗粒，是造成人们尘肺病等职业病和粉尘污染的主要根源。

传统除尘技术以干式除尘和湿式除尘两大类为主，干式除尘是将被污染的空气吸入除尘设备处理后重新排入大气，这种被动式处理不但损失物料，也易产生二次污染。而湿式除尘则通过对起尘点喷水增加湿度来提高抑尘效果，其对细小粉尘的处理能力低，导致除尘效率不高。

随着抑尘技术的发展，出现了微米级干雾降尘，通过产生微米级的干雾与物料作用，采用主动式抑尘原理将粉尘直接抑制在物料上，已成为避免作业空间污染和物料损失的最有效、最节约的除尘方向。该类干雾抑尘***通过将水压、气压调到最佳值，空气通过装置中的喷嘴部分加速延伸至谐振腔，反射回来后成为最初的冲击波，液体在低压状态下形成冲击波被切割成微水滴，空气推动微水滴在谐振腔中与谐振腔产生超声波共振，形成所需雾状喷雾(直径<10微米水雾颗粒)，微米级干雾对悬浮在空气中的粉尘-—特别是直径在5微米以下的可吸入粉尘颗粒进行有效的吸附而聚结成团，受重力作用而沉降，从而达到抑尘作用。

上述干雾降尘的方法具体可以通过这样一个***过程来实现，利用压缩空气和低压水经过喷嘴产生微米级颗粒的干雾(1-10μm的液滴大小)。当水雾颗粒与尘埃颗粒大小相近时吸附、过滤、凝结的机率最大。粉尘可以通过水或化学剂被粘贴而聚结增大，但那些最细小的粉尘只有当水滴很小以减小水的表面张力时才会聚结成团。如果水雾颗粒直径大于粉尘颗粒，那么粉尘就仅仅跟随水雾颗粒周围的气流运动，很少或者根本没有接触，达不到抑尘效果。随着水雾颗粒大小的减小，当与粉尘颗粒相当时，后者便会随气流运动与前者碰撞、接触而粘结在一起。水雾颗粒越小，聚结的可能性就越大。

因此，这些(干雾)超细水滴附着凝聚相同大小的粉尘粒子(PM10即10μm或更小的粉尘粒子，呼吸性粉尘即漂尘)。稍微温润粉尘颗粒，然后大到可以降落的质量，从而从空气中降落达到粉尘治理效果。

不同的水流、气流速度与干雾产生器不同的谐振腔固有频率相配合会产生不同质量的雾滴。为形成所需干雾，水压、气压需调在最佳值使冲击波与谐振腔固有频率相耦合。然而超声波共振过程中水和空气对谐振腔不断冲击，易使谐振腔发生磨损；若使用了带有颗粒的污水，颗粒会对谐振腔产生更进一步损坏；一旦使用了海水或其他含悬浮颗粒大的水，更可能使谐振腔被腐蚀或堵塞，谐振腔的固有频率会因其腔体磨损形变而增大偏移。

现有干雾装置中水压、气压值在初始化后即保持不变，因此常会产生使用一段时间后因谐振腔内部形变导致频率偏移，谐振腔与初始气压液压值不再耦合，进而无法产生最佳干雾的问题，这会导致干雾喷嘴无法持续性有抑尘、缩短寿命等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种带反馈检测的自动喷雾控制***以及控制方法，本发明的控制***具有动态跟踪、自适应的闭环检测和控制结构***，该***主要围绕干雾谐振腔，利用光的折射、散射和吸收原理，在喷雾口放置激光发射和接收装置，当光投向水雾区，并且经过水雾的作用，激光的走向和强度将发生改变，通过感知这种改变推测水雾颗粒浓度(单位体积水雾颗粒的多少)的大小，又因为水量与浓度有对应的关系，在相同颗粒大小的情况下，水量越大浓度就越高；可以推断，当水量相同时，颗粒越大，水雾浓度越低；反之，颗粒越小，水雾浓度也越高。

本发明利用上述原理，设计了一个主控制器为核心，还包括激光收发和检测装置、水控电磁阀、气控电磁阀的***，其中主控制器的功能是采集来自激光收发及检测装置的浓度反馈信号，利用闭环控制PID算法，将控制信号馈送给气控电磁阀，调节气流的流量大小，改变和适应在谐振腔里水气振荡频率，最终达到改变产生水雾浓度的目的。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种带反馈检测的自动喷雾控制***，其包括：

空压机，所述空压机为控制***提供气源动力；

水泵，所述水泵为所述控制***提供水源动力；

喷雾调节控制电路，所述喷雾调节控制电路中包括控气电磁阀和控水电磁阀，所述控气电磁阀设置在与所述空压机出气口连接的进气管上，所述控水电磁阀设置在与所述水泵出水口连接的进水管上，所述进气管和进水管均连接至谐振腔的一端，所述谐振腔的另一端设有若干喷嘴；由所述空压机中出来的气流经过所述进气管加速后，延伸至所述谐振腔形成冲击波，冲击由所述进水管中喷出的水流形成微水滴，微水滴在所述谐振腔中经冲击波粉碎成干雾，干雾经所述喷嘴发散到含尘环境中与可吸入粉尘颗粒作用；

控制器，所述控制器设置在每个所述喷嘴与所述喷雾调节控制电路之间，所述控制器用于控制所述喷雾调控电路对所述喷嘴喷出干雾的调节；

还包括：

用于检测干雾质量的激光发射装置和激光接收装置，所述激光发射装置发射激光，激光通过干雾粒子场后被散射，被散射后的激光的能量通过所述激光接收装置接收；

若干个光电探测器，所述光电探测器测得被散射的激光能量的分布，然后送入A/D转换器，经所述A/D转换器转换后获得用于表示干雾质量的电信号；

主控制器，所述主控制器控制所述空压机、水泵、控制器，所述主控制器采集来自所述激光发射装置、激光接收装置以及所述A/D转换器转换后的干雾质量反馈信号，以调整干雾质量为控制目标的PID闭环预测控制，根据所述A/D转换器信号量改变所述控气电磁阀和控水电磁阀的开度，再根据改变后信号量的变化率得到修正值修正目标，同时，所述主控制器根据所述空压机上的气压传感器和所述水泵上液压传感器检测值，利用PID控制算法加以修正来精确控制；通过调节所述控气电磁阀和控水电磁阀的开度来调节气流的流量大小，来改变所述谐振腔中气和水的振荡频率，改变产生水雾的浓度；

显示操作界面，所述显示操作界面为触摸屏，所述显示操作界面通过第一通讯模块与所述主控制器连接；

远程通讯模块，所述远程通讯模块与所述主控制器连接，通过所述远程通讯模块实现所述控制***的远程通讯；

电源电路，所述电源电路与所述主控制器连接，所述电源电路为所述控制***提供电源。

在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述光电探测器为光电二极管矩阵。

在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述激光接收装置为接收透镜。

在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述喷嘴的数量为12-16个。

在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述第一通讯模块与远程通讯模块均为RS422通讯模块。

在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，一种控制方法，所述主控制器为单片机，所述主控制器一方面以调整干雾质量为控制目标的PID闭环预测控制，根据所述A/D转换器信号量改变所述控气电磁阀和控水电磁阀开度，再根据改变后信号量的变化率得到修正值修正目标；另一方面，所述主控制器根据所述气压传感器和液压传感器检测值，利用PID控制算法加以修正，以精确控制；

其中，多回路串级PID控制方法包括以下步骤：

步骤一、设定所述主控制器的雾滴品质参数预设值Y1和PID参数，设定所述控气电磁阀和控水电磁阀的PID参数；

其中，雾滴品质参数预设值Y1可以直接在主控制器上设定；

主控制器的PID参数包括气流比例系数K_pg、气流积分系数K_ig、气流微分系数K_dg和水流比例系数K_pw、水流积分系数K_iw、水流微分系数K_dw,控气电磁阀的PID参数包括比例系数K_p2、积分系数K_i2，控水电磁阀的PID参数包括比例系数K_p3、积分系数K_i3；

三个PID的比例系数中，主控制器的K_pg、K_pw值较大，有利于提高***抑制一次扰动的能力，积分系数K_ig、K_iw用于减少稳态误差，微分系数K_dg、K_dw用于提高***反应灵敏度；而K_p2、K_p3相对较小，加入K_i2和K_i3便于压力控制***调节；

在干雾产生过程中，进气管的气压值与进水管的水压值之间的最佳压差为0.1MPa，因此除各PID参数外，还需设定水压值对气压值的依赖系数K_e；

步骤二、设定空压机的初始功率和电磁阀的初始电压，使空压机和电磁阀工作，产生干雾；空压机的初始功率和电磁阀的初始电压可以直接在控气电磁阀和控水电磁阀上设定，也可以由控气电磁阀和控水电磁阀通过无线通信模块从后端监控服务器中读取；

步骤三、第一光电探测器采集雾滴品质参数信息y₁，主控制器接收y₁并将y₁与Y₁进行比较：

若y₁达到Y₁，则等待给定时间后重复步骤三；

若y₁未达到Y₁，则主控制器输出给定气压值和给定水压值；

给定气压值和给定水压值的计算方法为：

先根据式(1)分别计算给定水压值增量和给定气压值增量：

ΔP(k)＝K_p·Δe(k)+K_i·e(k)+K_d·[Δe(k)-Δe(k-1)](1)

其中，e(k)＝|y₁(k)-Y₁|，k表示当前调节时刻，k-1表示上一调节时刻。

并且，计算给定气压值增量时式中K_p取K_pg，K_i取K_ig，K_d取K_dg；计算给定水压值增量时所述K_p取K_pw，K_i取K_iw，K_d取K_dg。

再根据给定水压值增量计算给定气压值P_g：

P_g(k)＝P_g(k-1)+ΔP_g(k)(2)

最后根据给定水压值增量和给定气压值P_g计算给定水压值P_w：

P_w(k)＝P_w(k-1)+ΔP_w(k)+K_y·P_g(3)

步骤四、控气电磁阀读取第二光电探测器检测到的气压值p_g、接收主控制器输出的给定气压值P_g，并将气压值p_g与给定气压值P_g进行比较，输出气压值增量e_g：

e_g(k)＝|p_g(k)-P_g|(4)

并根据该气压值增量e_g计算空压机的功率增量Δd(k)：

Δd(k)＝K_p2·Δe_g(k)+K_i2·e_g(k)(5)

再根据功率增量Δd(k)调节空压机的功率d：

d(k)＝d(k-1)+Δd(k)(6)

同时，控水电磁阀读取第三光电探测器检测到的水压值p_w、接收主控制器输出的给定水压值P_w，并将该水压值p_w与给定水压值P_w进行比较，输出水压值增量e_w：

e_w(k)＝|p_w(k)-P_w|(7)

并根据该水压值增量e_w计算电磁阀的电压增量Δu(k)：

Δu(k)＝K_p3·Δe_w(k)+K_i3·e_w(k)(8)

再根据电压增量Δu(k)计算电磁阀的工作电压u，以调节电磁阀的开度：

u(k)＝u(k-1)+Δu(k)(9)

步骤五、重复步骤三-步骤四。

本发明的有益效果是:

其一、本发明的控制***采用多回路串级PID控制模块，以光电检测器获得的光能信号量作为反馈的主控回路和气压液压实时值作为反馈的气压水压副控回路协同合作，实现了整体的自动控制，响应速度快，使***运行更高效。

其二、本发明的***主要围绕干雾谐振腔，利用光的折射、散射和吸收原理，在喷雾口放置激光发射和接收装置，当光投向水雾区，并且经过水雾的作用，激光的走向和强度将发生改变，通过感知这种改变推测水雾颗粒浓度(单位体积水雾颗粒的多少)的大小，又因为水量与浓度有对应的关系，在相同颗粒大小的情况下，水量越大浓度就越高；可以推断，当水量相同时，颗粒越大，水雾浓度越低；反之，颗粒越小，水雾浓度也越高。从水流与气流信号与气压水压的关系，我们可以了解到，在一定的范围调节水压和气压的比例，可以跟踪谐振腔谐振频率的变化，从而达到控制干雾浓度的大小，使谐振腔可以在较宽范围内工作，从而延长其工作寿命。

其三、本发明的***有效弥补了现有超声波干雾降尘设备中的不足，利用激光散射法进行实时监测，通过PID算法自动控制空压机和阀门以保证气流和水流保持在最佳值，保证该类设备能够持续性产生有效干雾，延长设备的寿命，提高资源利用率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明控制***原理框架图；

图2是本发明反馈控制示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参照图1-2所示，实施例1中公开了一种带反馈检测的自动喷雾控制***，该控制***具有动态跟踪、自适应的闭环检测和控制功能，其主要包括以下部分：

空压机，上述空压机为控制***提供气源动力。

水泵，所述水泵为所述控制***提供水源动力。

喷雾调节控制电路，所述喷雾调节控制电路中包括控气电磁阀和控水电磁阀，所述控气电磁阀设置在与所述空压机出气口连接的进气管上，所述控水电磁阀设置在与所述水泵出水口连接的进水管上，所述进气管和进水管均连接至谐振腔的一端，所述谐振腔的另一端设有若干喷嘴；由所述空压机中出来的气流经过所述进气管加速后，延伸至所述谐振腔形成冲击波，冲击由所述进水管中喷出的水流形成微水滴，微水滴在所述谐振腔中经冲击波粉碎成干雾，干雾经所述喷嘴发散到含尘环境中与可吸入粉尘颗粒作用；

控制器，所述控制器设置在每个所述喷嘴与所述喷雾调节控制电路之间，所述控制器用于控制所述喷雾调控电路对所述喷嘴喷出干雾的调节；上述控制器为控制每个喷嘴的分控制器。

用于检测干雾质量的激光发射装置和激光接收装置，所述激光发射装置发射激光，激光通过干雾粒子场后被散射，被散射后的激光的能量通过所述激光接收装置接收；在本实施例中，上述激光接收装置可以选择接收透镜。

并且，如图2中所示，在上述激光接收装置的一端还设有颗粒粒径检测装置，通过上述颗粒粒径检测装置检测干雾的粒径，干雾的粒径也是影响干雾质量的一个指标。

本实施例中的控制***还设置若干个光电探测器，所述光电探测器测得被散射的激光能量的分布，然后送入A/D转换器，经所述A/D转换器转换后获得用于表示干雾质量的电信号；在本实施例中，每个喷嘴对应一个光电探测器，光电探测器为光电二极管矩阵。

喷嘴的数量可以根据具体降尘环境的需要增减，本实施例中，上述喷嘴的数量为12-16个。

上述控制***具有动态跟踪、自适应闭环检测和自动控制的功能，因此设置了主控制器作为控制核心，所述主控制器控制所述空压机、水泵、控制器，所述主控制器采集来自所述激光发射装置、激光接收装置以及所述A/D转换器转换后的干雾质量反馈信号，以调整干雾质量为控制目标的PID闭环预测控制，根据所述A/D转换器信号量改变所述控气电磁阀和控水电磁阀的开度，再根据改变后信号量的变化率得到修正值修正目标，同时，所述主控制器根据所述空压机上的气压传感器和所述水泵上液压传感器检测值，利用PID控制算法加以修正来精确控制；通过调节所述控气电磁阀和控水电磁阀的开度来调节气流的流量大小，来改变所述谐振腔中气和水的振荡频率，改变产生水雾的浓度。

上述主控制器是本实施例中的控制***的核心，采用单片机。并且为了配合操作和显示使用，还设置了显示操作界面，所述显示操作界面为触摸屏，所述显示操作界面通过第一通讯模块与所述主控制器连接。

上述控制***为了方便远程控制，还设置了远程通讯模块，所述远程通讯模块与所述主控制器连接，通过所述远程通讯模块实现所述控制***的远程通讯。所述第一通讯模块与远程通讯模块均为RS422通讯模块。

本实施例中的控制***通过电源电路作为电源，所述电源电路与所述主控制器连接，所述电源电路为所述控制***提供电源。

本实施例的控制***的工作原理如下：

当设定空压机和电磁阀门的初始值后，气流经过进气管部分加速后延伸至谐振腔形成冲击波，冲击水管中喷出的水流形成微水滴，微水滴在谐振腔中经冲击波进一步粉碎成干雾，经干雾喷嘴发散到含尘环境中，与可吸入粉尘颗粒作用，起到降尘净化空气的作用。激光***实时监测干雾状态，激光发射装置中的激光通过扩束器后进入干雾粒子场，经干雾散射后被激光接收器接收器接收传入控制器。

电磁阀和气泵的工作状态通过主控制器调整设定。

当因为环境温度变化或谐振器磨损等原因导致干雾喷嘴性能下降时，光电探测器接收的电信号增强，主控制器收到反馈后查询气压和水压最佳值，并读取压力传感器的当前值，结合最佳值和当前值增压，驱动步进电机改变电磁阀(控气电磁阀和控水电磁阀)开度，使水流速度与气流速度相协调以改变干雾的浓度，根据调整后电信号的变化率修正目标压力，通过实时监测使干雾喷嘴保持在最佳性能。

上述整个控制***主要包括：超声波干雾降尘喷嘴、用于检测干雾质量的激光发射装置和激光接收装置、A/D信号转换器、主控制器以及用于检测气压水压的压力传感器。激光接收装置为接收透镜，光电二极管组成的光电探测传感器，传感器信号经上述A/D转换器转换后输入上述主控制器；上述主控制器根据上述A/D转换器反馈的信号，通过步进电机自动控制上述控水电磁阀和控气电磁阀的开合度。

干雾质量检测主要是利用激光通过干雾粒子场后被散射，而散射角因粒子直径而异的原理，被散射后激光的能量分布通过接收透镜，被一系列光电二极管矩阵测得后送入A/D转换器，经转换后得到可用于表示干雾质量的电信号量，得到的电信号值越小说明干雾质量越高。

上述主控制器采用单片机为微控制器，一方面以调整干雾质量为控制目标的PID闭环预测控制，根据转换器信号量改变水压阀门开度，再根据改变后信号量的变化率得到修正值修正目标。另一方面，自动控制模块根据气压传感器和液压传感器检测值，利用PID控制算法加以修正，以精确控制。

采用多回路串级PID控制模块，以光电检测器获得的光能信号量作为反馈的主控回路和气压液压实时值作为反馈的气压水压副控回路协同合作，实现了整体的自动控制，响应速度快，使***运行更高效。

从水流与气流信号与气压水压的关系，在一定的范围调节水压和气压的比例，可以跟踪谐振腔谐振频率的变化，从而达到控制干雾浓度的大小，使谐振腔可以在较宽范围内工作，从而延长其工作寿命。

本实施例中的控制***有效弥补了现有超声波干雾降尘设备中的不足。利用激光散射法进行实时监测，通过PID算法自动控制气泵和阀门以保证气流和水流保持在最佳值，保证该类设备能够持续性产生有效干雾，延长设备的寿命，提高资源利用率。

因为本实施例中的控制***是带有反馈检测的自动控制***，采用了多回路串级PID控制方法，多回路串级PID控制方法包括以下步骤：

步骤一、设定所述主控制器的雾滴品质参数预设值Y1和PID参数，设定所述控气电磁阀和控水电磁阀的PID参数。

其中，雾滴品质参数预设值Y1可以直接在主控制器上设定。

主控制器的PID参数包括气流比例系数K_pg、气流积分系数K_ig、气流微分系数K_dg和水流比例系数K_pw、水流积分系数K_iw、水流微分系数K_dw,控气电磁阀的PID参数包括比例系数K_p2、积分系数K_i2，控水电磁阀的PID参数包括比例系数K_p3、积分系数K_i3。

三个PID的比例系数中，主控制器的K_pg、K_pw值较大，有利于提高***抑制一次扰动的能力，积分系数K_ig、K_iw用于减少稳态误差，微分系数K_dg、K_dw用于提高***反应灵敏度；而K_p2、K_p3相对较小，加入K_i2和K_i3便于压力控制***调节。

在干雾产生过程中，进气管的气压值与进水管的水压值之间的最佳压差为0.1MPa，因此除各PID参数外，还需设定水压值对气压值的依赖系数K_e。

步骤二、设定空压机的初始功率和电磁阀的初始电压，使空压机和电磁阀工作，产生干雾；空压机的初始功率和电磁阀的初始电压可以直接在控气电磁阀和控水电磁阀上设定，也可以由控气电磁阀和控水电磁阀通过无线通信模块从后端监控服务器中读取。

步骤三、第一光电探测器采集雾滴品质参数信息y₁，主控制器接收y₁并将y₁与Y₁进行比较：

若y₁达到Y₁，则等待给定时间后重复步骤三；

若y₁未达到Y₁，则主控制器输出给定气压值和给定水压值。

给定气压值和给定水压值的计算方法为：

先根据式(1)分别计算给定水压值增量和给定气压值增量：

ΔP(k)＝K_p·Δe(k)+K_i·e(k)+K_d·[Δe(k)-Δe(k-1)](1)

其中，e(k)＝|y₁(k)-Y₁|，k表示当前调节时刻，k-1表示上一调节时刻。

并且，计算给定气压值增量时式中K_p取K_pg，K_i取K_ig，K_d取K_dg；计算给定水压值增量时所述K_p取K_pw，K_i取K_iw，K_d取K_dg。

再根据给定水压值增量计算给定气压值P_g：

P_g(k)＝P_g(k-1)+ΔP_g(k)(2)

最后根据给定水压值增量和给定气压值P_g计算给定水压值P_w：

P_w(k)＝P_w(k-1)+ΔP_w(k)+K_y·P_g(3)

步骤四、控气电磁阀读取第二光电探测器检测到的气压值p_g、接收主控制器输出的给定气压值P_g，并将气压值p_g与给定气压值P_g进行比较，输出气压值增量e_g：

e_g(k)＝|p_g(k)-P_g|(4)

并根据该气压值增量e_g计算空压机的功率增量Δd(k)：

Δd(k)＝K_p2·Δe_g(k)+K_i2·e_g(k)(5)

再根据功率增量Δd(k)调节空压机的功率d：

d(k)＝d(k-1)+Δd(k)(6)

同时，控水电磁阀读取第三光电探测器检测到的水压值p_w、接收主控制器输出的给定水压值P_w，并将该水压值p_w与给定水压值P_w进行比较，输出水压值增量e_w：

e_w(k)＝|p_w(k)-P_w|(7)

并根据该水压值增量e_w计算电磁阀的电压增量Δu(k)：

Δu(k)＝K_p3·Δe_w(k)+K_i3·e_w(k)(8)

再根据电压增量Δu(k)计算电磁阀的工作电压u，以调节电磁阀的开度：

u(k)＝u(k-1)+Δu(k)(9)

步骤五、重复步骤三-步骤四。

采用多回路串级PID控制模块，以光电检测器获得的光能信号量作为反馈的主控回路和气压液压实时值作为反馈的气压水压副控回路协同合作，实现了整体的自动控制，响应速度快，使***运行更高效。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种带反馈检测的自动喷雾控制***，其包括：

空压机，所述空压机为控制***提供气源动力；

水泵，所述水泵为所述控制***提供水源动力；

喷雾调节控制电路，所述喷雾调节控制电路中包括控气电磁阀和控水电磁阀，所述控气电磁阀设置在与所述空压机出气口连接的进气管上，所述控水电磁阀设置在与所述水泵出水口连接的进水管上，所述进气管和进水管均连接至谐振腔的一端，所述谐振腔的另一端设有若干喷嘴；由所述空压机中出来的气流经过所述进气管加速后，延伸至所述谐振腔形成冲击波，冲击由所述进水管中喷出的水流形成微水滴，微水滴在所述谐振腔中经冲击波粉碎成干雾，干雾经所述喷嘴发散到含尘环境中与可吸入粉尘颗粒作用；

控制器，所述控制器设置在每个所述喷嘴与所述喷雾调节控制电路之间，所述控制器用于控制所述喷雾调控电路对所述喷嘴喷出干雾的调节；

其特征在于，还包括：

用于检测干雾质量的激光发射装置和激光接收装置，所述激光发射装置发射激光，激光通过干雾粒子场后被散射，被散射后的激光的能量通过所述激光接收装置接收；

若干个光电探测器，所述光电探测器测得被散射的激光能量的分布，然后送入A/D转换器，经所述A/D转换器转换后获得用于表示干雾质量的电信号；

主控制器，所述主控制器控制所述空压机、水泵、控制器，所述主控制器采集来自所述激光发射装置、激光接收装置以及所述A/D转换器转换后的干雾质量反馈信号，以调整干雾质量为控制目标的PID闭环预测控制，根据所述A/D转换器信号量改变所述控气电磁阀和控水电磁阀的开度，再根据改变后信号量的变化率得到修正值修正目标，同时，所述主控制器根据所述空压机上的气压传感器和所述水泵上液压传感器检测值，利用PID控制算法加以修正来精确控制；通过调节所述控气电磁阀和控水电磁阀的开度来调节气流的流量大小，来改变所述谐振腔中气和水的振荡频率，改变产生水雾的浓度；

显示操作界面，所述显示操作界面为触摸屏，所述显示操作界面通过第一通讯模块与所述主控制器连接；

远程通讯模块，所述远程通讯模块与所述主控制器连接，通过所述远程通讯模块实现所述控制***的远程通讯；

电源电路，所述电源电路与所述主控制器连接，所述电源电路为所述控制***提供电源。

2.根据权利要求1所述的带反馈检测的自动喷雾控制***，其特征在于，所述光电探测器为光电二极管矩阵。

3.根据权利要求1所述的带反馈检测的自动喷雾控制***，其特征在于，所述激光接收装置为接收透镜。

4.根据权利要求1所述的带反馈检测的自动喷雾控制***，其特征在于，所述喷嘴的数量为12-16个。

5.根据权利要求1所述的带反馈检测的自动喷雾控制***，其特征在于，所述第一通讯模块与远程通讯模块均为RS422通讯模块。

6.一种控制方法，其基于权利要求1-5任意一项中所述的带反馈检测的自动喷雾控制***，其特征在于，所述主控制器为单片机，所述主控制器一方面以调整干雾质量为控制目标的PID闭环预测控制，根据所述A/D转换器信号量改变所述控气电磁阀和控水电磁阀开度，再根据改变后信号量的变化率得到修正值修正目标；另一方面，所述主控制器根据所述气压传感器和液压传感器检测值，利用PID控制算法加以修正，以精确控制；

其中，多回路串级PID控制方法包括以下步骤：

步骤一、设定所述主控制器的雾滴品质参数预设值Y1和PID参数，设定所述控气电磁阀和控水电磁阀的PID参数；

其中，雾滴品质参数预设值Y1可以直接在主控制器上设定；

主控制器的PID参数包括气流比例系数K_pg、气流积分系数K_ig、气流微分系数K_dg和水流比例系数K_pw、水流积分系数K_iw、水流微分系数K_dw,控气电磁阀的PID参数包括比例系数K_p2、积分系数K_i2，控水电磁阀的PID参数包括比例系数K_p3、积分系数K_i3；

三个PID的比例系数中，主控制器的K_pg、K_pw值较大，有利于提高***抑制一次扰动的能力，积分系数K_ig、K_iw用于减少稳态误差，微分系数K_dg、K_dw用于提高***反应灵敏度；而K_p2、K_p3相对较小，加入K_i2和K_i3便于压力控制***调节；

在干雾产生过程中，进气管的气压值与进水管的水压值之间的最佳压差为0.1MPa，因此除各PID参数外，还需设定水压值对气压值的依赖系数K_e；

步骤二、设定空压机的初始功率和电磁阀的初始电压，使空压机和电磁阀工作，产生干雾；空压机的初始功率和电磁阀的初始电压可以直接在控气电磁阀和控水电磁阀上设定，也可以由控气电磁阀和控水电磁阀通过无线通信模块从后端监控服务器中读取；

步骤三、第一光电探测器采集雾滴品质参数信息y₁，主控制器接收y₁并将y₁与Y₁进行比较：

若y₁达到Y₁，则等待给定时间后重复步骤三；

若y₁未达到Y₁，则主控制器输出给定气压值和给定水压值；

给定气压值和给定水压值的计算方法为：

先根据式(1)分别计算给定水压值增量和给定气压值增量：

ΔP(k)＝K_p·Δe(k)+K_i·e(k)+K_d·[Δe(k)-Δe(k-1)](1)

其中，e(k)＝|y₁(k)-Y₁|，k表示当前调节时刻，k-1表示上一调节时刻；

并且，计算给定气压值增量时式中K_p取K_pg，K_i取K_ig，K_d取K_dg；计算给定水压值增量时所述K_p取K_pw，K_i取K_iw，K_d取K_dg；

再根据给定水压值增量计算给定气压值P_g：

P_g(k)＝P_g(k-1)+ΔP_g(k)(2)

最后根据给定水压值增量和给定气压值P_g计算给定水压值P_w：

P_w(k)＝P_w(k-1)+ΔP_w(k)+K_y·P_g(3)

步骤四、控气电磁阀读取第二光电探测器检测到的气压值p_g、接收主控制器输出的给定气压值P_g，并将气压值p_g与给定气压值P_g进行比较，输出气压值增量e_g：

e_g(k)＝|p_g(k)-P_g|(4)

并根据该气压值增量e_g计算空压机的功率增量Δd(k)：

Δd(k)＝K_p2·Δe_g(k)+K_i2·e_g(k)(5)

再根据功率增量Δd(k)调节空压机的功率d：

d(k)＝d(k-1)+Δd(k)(6)

同时，控水电磁阀读取第三光电探测器检测到的水压值p_w、接收主控制器输出的给定水压值P_w，并将该水压值p_w与给定水压值P_w进行比较，输出水压值增量e_w：

e_w(k)＝|p_w(k)-P_w|(7)

并根据该水压值增量e_w计算电磁阀的电压增量Δu(k)：

Δu(k)＝K_p3ΔΔe_w(k)+K_i3·e_w(k)(8)

再根据电压增量Δu(k)计算电磁阀的工作电压u，以调节电磁阀的开度：

u(k)＝u(k-1)+Δu(k)(9)

步骤五、重复步骤三-步骤四。