CN114460985A - 一种基于单片机的储箱增压控制***及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于单片机的储箱增压控制***及控制方法;目的是解决现有技术中存在的使用人工手动增压无法保证增压精度,并且操作人员近距离接触高压气源有安全隐患的问题,本发明所提出的控制***包括上位机、控制器、数字阀组以及压力传感器;上位机与控制器连接,控制器用来接受、解析、执行指令,同时将相应数据传送到上位机;压力传感器与控制器连接;数字阀组与控制器连接,用来调节被测储箱内的压力;数字阀组的基本单元为一个二进制节流孔板与一个二位二通电磁阀串联;二进制节流孔板安装在二位二通电磁阀内;数字阀组包括至少两组基本单元,至少两组基本单元并联后接入***;至少两组基本单元的二进制节流孔板各不相同。
Description
技术领域
本发明涉及一种压力调节***,具体涉及一种基于单片机的储箱增压控制***及控制方法。
背景技术
在发动机试车中,对于储箱箱压的控制精度和可靠性具有很高要求,如果不能将储箱箱压稳定控制在设定范围内,可能会造成发动机试验达不到预期要求,甚至有可能造成损坏产品的严重后果,因此维持储箱压力稳定具有很重要的作用。
目前,现有的增压方式是人工手动增压,这种方法优点是能够实现箱压的大范围调节,比较适应于短程变工况试验,缺点是动态特性差,非熟练操作人员增压精度无法保证,且操作人员近距离接触高压气源有安全隐患。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的使用人工手动增压无法保证增压精度,并且操作人员近距离接触高压气源有安全隐患的问题,而提供一种基于单片机的储箱增压控制***及控制方法。
为实现上述目的,本发明所采用的技术方案为:
一种基于单片机的储箱增压控制***,其特殊之处在于:包括上位机、控制器、数字阀组以及压力传感器;
所述上位机与所述控制器连接,用来给控制器发送指令;
所述控制器用来接受、解析、执行指令,同时将相应数据传送到上位机;
所述压力传感器与所述控制器连接;所述压力传感器用来监测被测储箱内的压力;
所述数字阀组与所述控制器连接,用来调节被测储箱内的压力;
所述数字阀组的基本单元为一个二进制节流孔板与一个二位二通电磁阀串联;
所述二进制节流孔板安装在二位二通电磁阀内;
所述数字阀组包括至少两组基本单元,至少两组基本单元并联后接入***至少两组基本单元的二进制节流孔板开度各不相同。
进一步地,所述数字阀组为八组基本单元。
进一步地,八组基本单元中二进制节流孔板的开度比为:
F(V1):F(V2):F(V3):F(V4):F(V5):F(V6):F(V7):F(V8)=1:2:4:8:16:32:64:128;
其中:F(V1)-F(V8)为八组基本单元中每个二进制节流孔板的开度。
进一步地,控制器选用PIC单片机控制器。
进一步地,控制器通过RS485接口与上位机连接。
本发明还提出一种基于单片机的储箱增压控制方法,采用权利要求1所述的一种基于单片机的储箱增压控制***,其特殊之处在于:包括以下步骤:
步骤1:制作模糊控制规则表并将模糊控制规则表导入上位机
步骤1.1:设:接入***的数字阀组为n组,n组数字阀组有2n种开闭状态组合方式,每种开闭状态下对应不同的增压速率,按照增压速率逐步递增的方式对储箱进行增压,计算每相邻两次开闭状态下储箱内的压差ei与压差变化率eci;
其中,压差:ei=Pi-Pi-1;i∈2n;
Pi为当前次增压值后储箱内的压力值;
Pi-1为前一次增压值后储箱内的压力值;
压差变化率为:eci=(Pi-Pi-1)/t;其中,t为调节周期;
步骤1.2:将2n种开闭状态组合从二进制数值转化为十进制数值;
步骤1.3:制定模糊控制规则表;所述模糊控制规则表由每次调节后压差ei、压差变化率eci以及数字阀组开闭状态三者之间的对应关系构成;
步骤2:绘制理想时间压力折线图
在上位机中根据调节周期t输入M个理想压力值,上位机就会自动在每相邻两点之间形成线段,从而构成理想时间压力折线图;
步骤3:采集被测储箱在任意调节周期t的实际压力数据P1,并通过理想时间压力折线图获得任意调节周期t对应的理想压力数据P0,之后求解此时压差e1与压差变化率ec1;
若e1的绝对值小于等于0.02,则被测储箱的压力值在安全范围内,压力调节结束;否则,进行步骤4;
步骤4:进行模糊规则运算
根据e1与ec1的值,分别多次使用IF—THEN函数,在模糊控制规则表内进行函数筛选,直到选择出在e1与ec1下对应的阀门的开闭状态方式;
筛选原则为:
当e1=ei时,选ei;ec1=eci时,选eci;
当ei-1<e1<ei时,e1=ei-1;
当eci-1<ec1<eci,ec1=eci-1;
步骤5:控制阀门开度
将选择出的对应阀门的开闭状态方式从十进制向二进制转化,随后上位机控制数字阀组的基本单元进行打开或者闭合,进行压力调节;
结束后,在下一个调节周期时,重复从步骤3开始的上述步骤。
本发明的有益效果是:
1、本发明的一种基于单片机的储箱增压控制***,采用上、下位机控制原理,实现了上下位机之间的指令、数据的交互,上位实现对数字阀组的单元控制,下位机接受上位机命令,采用模糊控制算法控制数字阀组,实现被测贮箱压力闭环控制。
2、本发明的一种基于单片机的储箱增压控制***,采用数字阀组作为气体流量输出控制元件,可直接接受上位机数字量的控制,响应速度快,能够减少D/A转换的误差及延时性,提高***控制精度和响应速度,这样为控制***的数字化、实时性控制提供了保证。
3、本发明的一种基于单片机的储箱增压控制***,采用电磁阀控制通道的开启或闭合,通过节流孔板的开度控制通道的流量,适当选数字阀组的开通数量,能够在控制的范围内以最小级差任意控制介质流量。
4、本发明的一种基于单片机的储箱增压控制***,采用八组基本单元,且八个孔板的开度给定并且各不相同,一个通道对应一种流量,所以该***可以提供256种不同的流量,对应256种不同的增压速率。
5、本发明的一种基于单片机的储箱增压控制***,该控制器经过多次的调试、验证,具有成本低、自动化程度高,操作方便,控制精度高,一定的借鉴价值,在其它领域具有推广意义。
6、本发明的一种基于单片机的储箱增压控制方法,采用模糊控制方法,不需要***的数学模型,通过给定初始控制量,来降低***的压力调整时间,降低箱压的波动。
7、本发明的一种基于单片机的储箱增压控制方法,模糊控制可以简化***设计的复杂性,特别适用于非线性、时变、模型不完全的***上,利用控制法则来描述***变量间的关系,它不用数值而用语言式的模糊变量来描述***,模糊控制器不必对被控制对象建立完整的数学模式。
附图说明
图1是本发明一种基于单片机的储箱增压控制***的原理图;
图2是本发明一种基于单片机的储箱增压控制方法的流程图;
图中:1、上位机;2、控制器;3、数字阀组;4、压力传感器。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚,以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种基于单片机的储箱增压控制***及控制方法作进一步详细说明。根据下面具体实施方式,本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是:附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的;其次,附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种基于单片机的储箱增压控制***,如图1所示,包括上位机1、上位机1通过RS485接口与控制器2连接,控制器2连接数字阀组3以及压力传感器4;
控制器2选用PIC单片机控制器;控制器2包含电源模块21,通讯模块22,晶振模块23、驱动模块24以及采集模块25;
数字阀组3的基本单元为一个二进制节流孔与一个二位二通电磁阀串联,二进制节流孔板安装在二位二通电磁阀内;
数字阀组3为八组基本单元,八组基本单元并联后接入***,分别为第一组基本单元31、第二组基本单元32、第三组基本单元33、第四组基本单元34、第五组基本单元35、第六组基本单元36、第七组基本单元37、第八组基本单元38;
八组基本单元中二进制节流孔板的开度比为:
F(V1):F(V2):F(V3):F(V4):F(V5):F(V6):F(V7):F(V8)=1:2:4:8:16:32:64:128;
其中:F(V1)-F(V8)为八组基本单元中每个二进制节流孔板的开度。
本发明还提出一种基于单片机的储箱增压控制方法,如图2所示,包括以下步骤:
步骤1:制作模糊控制规则表并将模糊控制规则表导入上位机1
步骤1.1:设:接入***的数字阀组3为n组,n组数字阀组3有2n种开闭状态组合方式,每种开闭状态下对应不同的增压速率,按照增压速率逐步递增的方式对储箱进行增压,如以接入***的数字阀组3为8组为例,第一次打开第一组基本单元31、第二次打开第二组基本单元32、第三次打开第三组基本单元33、第四次打开第四组基本单元34、第五次打开第五组基本单元35、第六次打开第六组基本单元36、第七次打开第七组基本单元37、第八次打开第八组基本单元38、第九次打开第一组基本单元31以及第二组基本单元32、第十次打开第一组基本单元31以及第三组基本单元33,以此类推;每次增压后获得每种开闭状态下压力值Pi,i∈2n,计算压差ei与压差变化率eci;
其中,压差:ei=Pi-Pi-1;i∈2n;
Pi为当前次增压值后储箱内的压力值;
Pi-1为前一次增压值后储箱内的压力值;
压差变化率为:eci=(Pi-Pi-1)/t;其中,t为调节周期;
步骤1.2:将2n种开闭状态组合从二进制数值转化为十进制数值;
步骤1.3:制定模糊控制规则表;所述模糊控制规则表由每次调节后压差ei、压差变化率eci以及数字阀组3开闭状态三者之间的对应关系构成;
本实施例中基本单元为八组,在此基础上建立的部分模糊控制规则表如表1所示:
表1部分模糊控制规则表
步骤2:***参数设置
在上位机1中根据调节周期t输入M个理想压力值,上位机1就会自动在每相邻两点之间形成线段,从而构成理想时间压力折线图;
步骤3:采集被测储箱在任意调节周期t的实际压力数据P1,并通过理想时间压力折线图获得任意调节周期t对应的理想压力数据P0,之后求解此时压差e1与压差变化率ec1;
若e1的绝对值小于等于0.02,则被测储箱的压力值在安全范围内,压力调节结束;否则,进行步骤4;
步骤4:进行模糊规则运算
根据e1与ec1的值,分别多次使用IF—THEN函数,在模糊控制规则表内进行函数筛选,直到选择出在e1与ec1下对应的阀门的开闭状态方式;
筛选原则为:
当e1=ei时,选ei;ec1=eci时,选eci;
当ei-1<e1<ei时,e1=ei-1;
当eci-1<ec1<eci,ec1=eci-1;
步骤5:控制阀门开度
将选择出的对应阀门的开闭状态方式从十进制向二进制转化,随后上位机1控制数字阀组的基本单元进行打开或者闭合,进行压力调节;
结束后,在下一个调节周期时,重复从步骤3开始的上述步骤。
值得注意的是:
选择出来的out具有下面边界条件:
当阀门开度out>255时:阀门开度out=255;
当阀门开度out<0时:阀门开度out=0。
Claims (6)
1.一种基于单片机的储箱增压控制***,其特征在于:包括上位机(1)、控制器(2)、数字阀组(3)以及压力传感器(4);
所述上位机(1)与所述控制器(2)连接,用来给控制器(2)发送指令;
所述控制器(2)用来接受、解析、执行指令,同时将相应数据传送到上位机(1);
所述压力传感器(4)与所述控制器(2)连接;所述压力传感器(4)用来监测被测储箱内的压力;
所述数字阀组(3)与所述控制器(2)连接,用来调节被测储箱内的压力;
所述数字阀组(3)的基本单元为一个二进制节流孔板与一个二位二通电磁阀串联;
所述二进制节流孔板安装在二位二通电磁阀内;
所述数字阀组(3)包括至少两组基本单元,至少两组基本单元并联后接入***;
至少两组基本单元的二进制节流孔板的开度各不相同。
2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的储箱增压控制***,其特征在于:所述数字阀组(3)为八组基本单元。
3.根据权利要求2所述的一种基于单片机的储箱增压控制***,其特征在于:八组基本单元中二进制节流孔板的开度比为:
F(V1):F(V2):F(V3):F(V4):F(V5):F(V6):F(V7):F(V8)=1:2:4:8:16:32:64:128;
其中:F(V1)-F(V8)为八组基本单元中每个二进制节流孔板的开度。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于单片机的储箱增压控制***,其特征在于:所述控制器(2)选用PIC单片机控制器。
5.根据权利要求4所述的一种基于单片机的储箱增压控制***,其特征在于:所述控制器(2)通过RS485接口与上位机(1)连接。
6.一种基于单片机的储箱增压控制方法,采用权利要求1所述的一种基于单片机的储箱增压控制***,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:制作模糊控制规则表并将模糊控制规则表导入上位机(1)
步骤1.1:设:接入***的数字阀组(3)为n组,n组数字阀组(3)有2n种开闭状态组合方式,每种开闭状态下对应不同的增压速率,按照增压速率逐步递增的方式对储箱进行增压,计算每相邻两次开闭状态下储箱内的压差ei与压差变化率eci;
其中,压差:ei=Pi-Pi-1;i∈2n;
Pi为当前次增压值后储箱内的压力值;
Pi-1为前一次增压值后储箱内的压力值;
压差变化率为:eci=(Pi-Pi-1)/t;其中,t为调节周期;
步骤1.2:将2n种开闭状态组合从二进制数值转化为十进制数值;
步骤1.3:制定模糊控制规则表;所述模糊控制规则表由每次调节后压差ei、压差变化率eci以及数字阀组(3)开闭状态三者之间的对应关系构成;
步骤2:绘制理想时间压力折线图
在上位机(1)中根据调节周期t输入M个理想压力值,上位机(1)就会自动在每相邻两点之间形成线段,从而构成理想时间压力折线图;
步骤3:采集被测储箱在任意调节周期t的实际压力数据P1,并通过理想时间压力折线图获得任意调节周期t对应的理想压力数据P0,之后求解此时压差e1与压差变化率ec1;
若e1的绝对值小于等于0.02,则被测储箱的压力值在安全范围内,压力调节结束;否则,进行步骤4;
步骤4:进行模糊规则运算
根据e1与ec1的值,分别多次使用IF—THEN函数,在模糊控制规则表内进行函数筛选,直到选择出在e1与ec1下对应的阀门的开闭状态方式;
筛选原则为:
当e1=ei时,选ei;ec1=eci时,选eci;
当ei-1<e1<ei时,e1=ei-1;
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将选择出的对应阀门的开闭状态方式从十进制向二进制转化,随后上位机(1)控制数字阀组的基本单元进行打开或者闭合,进行压力调节;
结束后,在下一个调节周期时,重复从步骤3开始的上述步骤。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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