一种压电泵输出压强恒压控制系统及恒压控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种压电泵输出压强恒压控制系统，包括PC机、NI采集卡、采集卡接线盒、压电振子驱动电源、压电泵、压电泵入口处量筒、压电泵入口处1号压力传感器、压电泵出口处量筒、压电泵出口处2号压力传感器。同时公开一种压电泵输出压强恒压控制系统的控制方法，输入压电泵出口处期望给定压强P′out；压电控制map图查询模块获取该期望给定压强P′out后，实时读取当前状态压电泵入口处压强Pin；压电控制map图查询单元查询控制map图输出到达压电泵出口处期望压强为P′out时压电泵需要的驱动电压电压幅值V′in及频率H′in；压电振子驱动电源将电压信号放大得到压电泵驱动电压的幅值Vin及频率Hin；实时检测压电泵出口处压力值并反馈给压电控制map图查询单元。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种压电泵输出压强恒压控制规律的建模及控制方法，该方法主要适用于不同结构的压电泵或不能准确建模的压电泵的控制。
技术介绍
压电泵是利用压电振子作为换能器的流体传输装置，目前已实现的压电泵有电控压电胰岛素泵、压电液体蠕动泵和基于硅微加工及薄膜技术的微型泵等。根据压电泵的结构及实现方式，压电泵可分为多种类型，以能量转化形式划分可分为压电薄膜泵和压电超声泵，以阀结构划分可分为有阀压电薄膜泵(悬臂梁、浮动球阀或锥型阀等)和无阀压电薄膜泵(如锥型管无阀压电薄膜泵、温控制动阀压电薄膜泵等)。压电薄膜泵包括压电片驱动和压电叠堆驱动、单腔体和多腔体(多腔体又可根据腔体连接形式分为串联和并联)结构，相对于传统压电泵具有结构简单、体积小、重量轻、耗能低、输出稳定、输出精度高等特点，已广泛应用于医疗、化学分析、航天、汽车发动机燃料供给等领域。由于压电泵结构种类多，目前压电泵建模及控制过程中，模型建立复杂、模型建立不准确，控制多为开环控制，且控制过程中非线性环节多、控制效果不理想。为解决上述问题，需开发适合结构复杂、线性建模不准确的建模及控制方法。现有压电泵的驱动控制是通过开环控制压电振子或压电叠堆驱动电压的频率和幅值为主，虽有一些闭环控制的方案和方法，如中国专利公告(布)号为CN103557143，公开(公告)日：2014.02.05，专利技术名称为闭环压电薄膜泵及其流量控制方法，该专利是苏州大学实现的基于PID控制算法的压电泵闭环控制，该方法以压电泵输出流量为反馈量，模型控制器为PID控制器，可是压电系统具有很大的非线性和滞后特性，导致其实际控制效果不理想。而本专利技术选取几种典型压电泵提炼出一种建模简单实用性强的建模及控制方法，即通过标定绘制map图的方法来实现压电泵的建模及控制方法。
技术实现思路
本专利技术提出一种压电泵输出压强恒压控制的map图建模控制方法，来解决压电泵控制过程中分析压电泵泵体结构及流体动力学过程建模复杂、模型建立不准确而导致控制效果不理想的问题。本专利技术的目的通过以下方案实现：本专利技术提供一种压电泵输出压强恒压控制系统，包括PC机、NI采集卡、采集卡接线盒、压电振子驱动电源、压电泵、压电泵入口处量筒、压电泵入口处1号压力传感器、压电泵出口处量筒、压电泵出口处2号压力传感器；NI采集卡安装于PC机上，NI采集卡通过电缆与采集卡接线盒连接，压电振子驱动电源的输入通道通过电缆与采集卡接线盒AO口连接，压电振子驱动电源的输出通道通过电缆与压电泵连接，压电泵入口处1号压力传感器及压电泵出口处2号压力传感器的检测输出电信号分别通过电缆连接于采集卡接线盒AI端口，压电泵入口处量筒及压电泵入口处1号压力传感器通过软管连接在压电泵入口处，压电泵出口处量筒及压电泵出口处2号压力传感器通过软管连接在压电泵出口处。本专利技术同时提供一种压电泵输出压强恒压控制系统的控制方法，所述PC机matlab控制系统中内嵌有压电控制map图查询模块，通过查询压电控制map图查询模块，输出压电泵所需的电压幅值及频率，实现对压电泵输出压强的恒压控制：控制系统通过PC机人机接口输入压电泵出口处期望给定压强P′out；压电控制map图查询模块获取该期望给定压强P′out后，实时读取由1号压力传感器检测到的当前状态压电泵入口处压强Pin；压电控制map图查询单元查询控制map图输出压电泵出口处期望压强为P′out时压电泵需要的驱动电压电压幅值V′in及频率H′in；NI采集卡按幅值V′in及频率H′in的值通过AO通道输出电压信号；压电振子驱动电源将所述电压信号保持频率不变，幅值放大若干倍得到压电泵驱动电压的幅值Vin及频率Hin；压电泵出口处2号压力传感器实时检测压电泵出口处压力值并反馈给压电控制map图查询单元，实现对压电泵输出压强的恒压控制。进一步地，所述压电控制map图查询模块控制过程包括以下步骤：步骤一、确定影响压电泵出口压强的参数变量：确定影响压电泵出口压强的参数变量为压电泵入口压强、压电振子驱动电压频率及幅值，且压电泵入口压强属于扰动量，压电振子驱动电压的幅值及频率属于控制量；步骤二、压电泵出口压强标定及map图绘制；步骤三、采用map图对压电泵输出压强进行控制。进一步地，所述步骤二压电泵出口压强标定及map图绘制包括以下步骤：①划分参数变量标定刻度：在压电泵入口压强可变化范围内将压电泵入口压强均分为n1份，压电泵入口压强变化基准压强为P0，步长为δp；在压电驱动电压频率可变化的范围内将压电驱动电压频率均分为n2份，压电驱动电压频率变化基准频率为H0，步长为δH；在压电驱动电压幅值可变化的范围内将压电振子驱动电压幅值均分为n3份，压电振子驱动电压幅值基准电压为为V0，步长为δV。②压电振子驱动电压幅值变量变化标定数据获取：取压电泵入口压强为P0，压电振子驱动电压频率为H0，压电振子驱动电压幅值为Vin时，测量压电泵出口压强POut的值；保持P0、H0不变，取压电振子驱动电压幅值依次为Vin＝V0+x*δV(x取值为0,1,2，……，n3)时压电泵出口压强POut的值，记录压电泵入口压强为P0、压电振子驱动电压频率为H0时，压电泵出口压强随压电泵驱动电压幅值变化的数据信息，以table表形式记录，此步骤共可得1张table表；③压电振子驱动电压幅值、驱动电压频率变量变化标定数据获取：在压电振子驱动电压幅值变量变化标定的基础上取压电泵入口压强P0，压电振子驱动电压频率依次Hin＝H0+y*δH(y取值为0,1,2，……，n2)时，对应P0、Hin时刻压电振子驱动电压幅值依次为Vin＝V0+x*δV(x取值为0,1,2，……，n3)时压电泵出口压强Pout的值，记录压电泵入口压强为P0、压电振子驱动电压频率依次为Hin＝H0+y*δH(y取值为0,1,2，……，n2)时，压电泵出口压强随压电泵驱动电压幅值变化的数据信息，记录相应的table表，此步骤可得n2+1张table表；④压电振子驱动电压幅值、驱动电压频率、压电泵入口压强变量变化标定数据获取：在压电振子驱动电压幅值、驱动电压频率变量变化标定的基础上依次取压电泵入口压强Pin依次为Pin＝P0+z*δp(z取值为0,1,2，……，n1)，压电振子驱动电压频率为Hin＝H0+y*δH(y取值为0,1,2，……，n2)，压电振子驱动电压幅值为Vin＝V0+x*δV(x取值为0,1,2，……，n3)时压电泵出口压强Pout的值，记录对应压电泵入口压强Pin＝P0+z*δp(z取值为0,1,2，……，n1)，压电振子驱动电压频率为Hin＝H0+y*δH(y取值为0,1,2，……，n2)时压电泵出口压强随压电泵驱动电压幅值变化的数据信息，记录相应的table表，此步骤共可得(n2+1)*(n1+1)张table表；⑤压电泵出口压强map图绘制：取Pin＝P0时以压电泵驱动电压幅值为X轴、压电振子驱动电压频率为Y轴、压电泵出口压强为Z轴绘制一个三维坐标系，由Pin＝P0，Hin＝H0+y*δH(y取值为0,1,2，……，n2)时压电泵出口压强随压电泵驱动电压幅值变化获得n2+1张table表，在所述三维坐标系中绘制压电泵入口压强为P0时，压电泵出口压强Pout关于压电振子驱动电压频率Hin本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电泵输出压强恒压控制系统，其特征在于，包括PC机、NI采集卡、采集卡接线盒、压电振子驱动电源、压电泵、压电泵入口处量筒、压电泵入口处1号压力传感器、压电泵出口处量筒、压电泵出口处2号压力传感器；NI采集卡安装于PC机上，NI采集卡通过电缆与采集卡接线盒连接，压电振子驱动电源的输入通道通过电缆与采集卡接线盒AO口连接，压电振子驱动电源的输出通道通过电缆与压电泵连接，压电泵入口处1号压力传感器及压电泵出口处2号压力传感器的检测输出电信号分别通过电缆连接于采集卡接线盒AI端口，压电泵入口处量筒及压电泵入口处1号压力传感器通过软管连接在压电泵入口处，压电泵出口处量筒及压电泵出口处2号压力传感器通过软管连接在压电泵出口处。

【技术特征摘要】
1.一种压电泵输出压强恒压控制系统，其特征在于，包括PC机、NI采集卡、采集卡接线盒、压电振子驱动电源、压电泵、压电泵入口处量筒、压电泵入口处1号压力传感器、压电泵出口处量筒、压电泵出口处2号压力传感器；NI采集卡安装于PC机上，NI采集卡通过电缆与采集卡接线盒连接，压电振子驱动电源的输入通道通过电缆与采集卡接线盒AO口连接，压电振子驱动电源的输出通道通过电缆与压电泵连接，压电泵入口处1号压力传感器及压电泵出口处2号压力传感器的检测输出电信号分别通过电缆连接于采集卡接线盒AI端口，压电泵入口处量筒及压电泵入口处1号压力传感器通过软管连接在压电泵入口处，压电泵出口处量筒及压电泵出口处2号压力传感器通过软管连接在压电泵出口处。2.如权利要求1所述的一种压电泵输出压强恒压控制系统的控制方法，其特征在于，所述PC机matlab控制系统中内嵌有压电控制map图查询模块，通过查询压电控制map图查询模块，输出压电泵所需的电压幅值及频率，实现对压电泵输出压强的恒压控制：控制系统通过PC机人机接口输入压电泵出口处期望给定压强P′out；压电控制map图查询模块获取该期望给定压强P′out后，实时读取由1号压力传感器检测到的当前压电泵入口处压强Pin；压电控制map图查询单元查询控制map图输出压电泵出口处期望压强为P′out时压电泵需要的驱动电压电压幅值V′in及频率H′in；NI采集卡按幅值V′in及频率H′in的值通过AO通道输出电压信号；压电振子驱动电源将所述电压信号保持频率不变，幅值放大若干倍得到压电泵驱动电压的幅值Vin及频率Hin；压电泵出口处2号压力传感器实时检测压电泵出口处压力值并反馈给压电控制map图查询单元，实现对压电泵输出压强的恒压控制。3.如权利要求2所述的一种压电泵输出压强恒压控制系统的控制方法，其特征在于，所述压电控制map图查询模块控制过程包括以下步骤：步骤一、确定影响压电泵出口压强的参数变量：确定影响压电泵出口压强的参数变量为压电泵入口压强、压电振子驱动电压频率及幅值，且压电泵入口压强属于扰动量，压电振子驱动电压的幅值及频率属于控制量；步骤二、压电泵出口压强标定及map图绘制；步骤三、采用map图对压电泵输出压强进行控制。4.如权利要求3所述的一种压电泵输出压强恒压控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤二压电泵出口压强标定及map图绘制包括以下步骤：①划分参数变量标定刻度：在压电泵入口压强可变化范围内将压电泵入口压强均分为n1份，压电泵入口压强变化基准压强为P0，步长为δp；在压电驱动电压频率可变化的范围内将压电驱动电压频率均分为n2份，压电驱动电压频率变化基准频率为H0，步长为δH；在压电驱动电压幅值可变化的范围内将压电振子驱动电压幅值均分为n3份，压电振子驱动电压幅值基准电压为为V0，步长为δV。②压电振子驱动电压幅值变量变化标定数据获取：取压电泵入口压强为P0，压电振子驱动电压频率为H0，压电振子驱动电压幅值为Vin时，测量压电泵出口压强POut的值；保持P0、H0不变，取压电振子驱动电压幅值依次为Vin＝V0+x*δV(x取值为0,1,2，……，n3)时压电泵出口压强POut的值，记录压电泵入口压强为P0、压电振子驱动电压频率为H0时，压电泵出口压强随压电泵驱动电压幅值变化的数据信息，以table表形式记录，此步骤共可得1张table表；③压电振子驱动电压幅值、驱动电压频率变量变化标定数据获取：在压电振子驱动电压幅值变量变化标定的基础上取压电泵入口压强P0，压电振子驱动电压频率依次Hin＝H0+y*δH(y取值为0,1,2，……，n2)时，对应P0、Hin时刻压电振子驱动电压幅值依次为Vin＝V0+x*δV(x取值为0,1,2，……，n3)时压电泵出口压强Pout的值，记录压电泵入口压强为P0、压电振子驱动电压频率依次为Hin＝H0+y*δH(y取值为0,1,2，……，n2)时，压电泵出口压强随压电泵驱动电压幅值变化的数据信息，记录相应的table表，此步骤可得n2+1张table表；④压电振子驱动电压幅值、驱动电压频率、压电泵入口压强变量变化标定数据获取：在压电振子驱动电压幅值、驱动电压频率变量变化标定的基础上依次取压电泵入口压强Pin依次为Pin＝P0+z*δp(z取值为0,1,2，……，n1)，压电振子驱动电压频率为Hin＝H0+y*δH(y取值为0,1,2，……，n2)，压电振子驱动电压幅值为Vin＝V0+x*δV(x取值为0,1,2，……，n3)时压电泵出口压强Pout的值，记录对应压电泵入口压强Pin＝P0+z*δp(z取值为0,1,2，……，n1)，压电振子驱动电压频率为Hin＝H0+y*δH(y取值为0,1,2，……，n2)时压电泵出口压强随压电泵驱动电压幅值变化的数据信息，记录相应的table表，此步...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新波，杨伟，王英伟，姜良旭，刘国君，吴越，刘建芳，杨志刚，石要武，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22