一种基于高频电磁阀组的高精度气压控制系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于高频电磁阀组的高精度气压控制系统和方法，控制系统包括依次连接的气源、过滤器、油雾分离器、精密减压阀、缓冲密闭气室、进气高频电磁阀组、密闭气室、排气高频电磁阀组；控制CPU和AD转换器实时采集密闭气室内的气压；气压设定值和气压实测值作差后，得到误差信号，根据误差信号，执行分段控制算法，得到输出控制量；根据误差的不同分段，控制进气高频电磁阀组和排气高频电磁阀组。本发明专利技术基于高频电磁阀组的高精度气压控制系统和方法，相对比例阀和伺服阀，价格低，经济性好，体积小，在某些场所更容易安装。

High precision air pressure control system and method based on high frequency electromagnetic valve set

The invention discloses a high precision pneumatic control system and method based on high frequency electromagnetic valve, control system comprises a gas source, filters, oil mist separator, precision valve, buffer closed chamber, intake of high frequency electromagnetic valve group, closed chamber, exhaust solenoid valve with high frequency pressure control group; CPU and AD real time acquisition of indoor air tight converter; pressure set value and the measured value of pressure difference, get the error signal according to the error signal, implementation of subsection control algorithm, the control output is obtained; according to the error control in different segments, gas solenoid valve with high frequency and high frequency electromagnetic exhaust valve group group. The invention relates to a high-precision air pressure control system and method based on a high frequency electromagnetic valve set, wherein the relative proportional valve and servo valve have low cost, good economy, small size and easy installation in some places.

【技术实现步骤摘要】
一种基于高频电磁阀组的高精度气压控制系统和方法
本专利技术涉及气压控制技术，尤其是涉及一种基于高频电磁阀组的控制系统和方法。
技术介绍
无污染、成本低、结构简单、压力等级低、安全性好、响应速度快等优点，使得气动技术得到了广泛的应用。由于气动技术的工作介质-空气有可压缩性强、阀口流出气体存在非线性和活塞与气缸之间摩擦力的影响，导致了气动系统非线性强和刚度低，使得气动系统的稳定性较差，因而，气压的控制精度一般都不高。一般将气压波动限制在100Pa以内可以认为是高精度气压控制。在超精密零件加工、高精度压力表检测、模态测试等应用场合中，迫切需要对气压进行高精度的控制。控制密闭气室气压的方法有两种，即气体输送系统压力可变的方法和改变密闭气室容积的方法。后者由于用气室容积变化来控制压力，故对系统的气密性要求较高，另外为了满足气室容积的变化，调节器的构造比较复杂，从而也使其应用困难。针对气压控制，采用气体输送系统压力可变的控制方法时，目前最常用的系统构成是采用比例阀进行控制，日本SMC和德国FESTO等公司都有一系列的比例阀，如日本SMC的ITV0000系列，但是最终控制精度只能达到1kPa，而在微压(介于1个标准大气压与2个标准大气压之间的压强)控制的场合，1kPa的相对精度太低。采用特制的压力控制装置，气压波动也只能抑制在50-100Pa。故采用比例阀实现气压波动在50Pa以下是很难实现的。控制密闭气室压力还可以采用基于开关阀的系统构成，通常采用进气和排气独立动作的控制方式，这种方式简单灵活，响应速度快，但是早期由于开关阀开关频率的限制，导致其控制精度较低。专利技术内容为了克服上述气压控制的常见问题，本专利技术提供一种高精度的气压控制系统和方法。本专利技术提供的一种基于高频电磁阀组的高精度气压控制系统，包括依次连接的气源、过滤器、油雾分离器、精密减压阀、缓冲密闭气室、进气高频电磁阀组、密闭气室、排气高频电磁阀组；缓冲密闭气室上连接监视压力表；气源经过滤器、所述油雾分离器、精密减压阀将气压调整到期望控制压力最大值的1.5-2.5倍；精密减压阀的输出连接着缓冲密闭气室，缓冲密闭气室上设有开孔，开孔连接监视压力表，对缓冲密闭气室的气压进行监视；从缓冲密闭气室出来的气路经过进气高频电磁阀组，接到密闭气室，控制密闭气室的进气；排气高频电磁阀组连接密闭气室，控制密闭气室向环境空气排气；密闭气室上连接高精度气压传感器；进气高频电磁阀组有i个，每个电磁阀组由N个相同的电磁阀组成，N从1开始，每个电磁阀组的电磁阀个数依次增大2倍，每个电磁阀的直径为φ；排气高频电磁阀组有j个，每个电磁阀组由N个相同的电磁阀组成，N从1开始，每个电磁阀组的电磁阀个数依次增大2倍，每个电磁阀的直径为φ；一种基于高频电磁阀组的高精度气压控制方法，气源经过过滤器及油雾分离器处理后，再经过精密减压阀将气压调整到密闭气室期望控制压力最大值的1.5-2.5倍，通过监视压力表对缓冲密闭气室的压力进行监视；从缓冲密闭气室出来之后的气路经过进气高频电磁阀组，接到密闭气室上，控制密闭气室的进气，进气高频电磁阀组有i个，经PWM控制后的等效进气直径从0到(2i-1)φ之间可控；排气高频电磁阀组接到密闭气室上，控制密闭气室向环境空气排气，排气高频电磁阀组有j个，经PWM控制后的等效排气直径从0到(2j-1)φ之间可控；通过控制CPU和增加必要的外围电路(时钟电路、复位电路、驱动电路等)，实现进气高频电磁阀组和排气高频电磁阀组的驱动，每个进气电磁阀组共用一个驱动信号，每个排气电磁阀组共用一个驱动信号，通过连接在密闭气室上的高精度气压传感器，控制CPU和AD转换器实时采集密闭气室内的气压；控制CPU对设定值Pref(K)和实测值P(K)作差后，得到误差信号eP(K)，根据误差信号eP(K)，执行分段控制算法，得到输出控制量；根据误差的不同分段，控制进气高频电磁阀组和排气高频电磁阀组；气压设定值等参数通过计算机和CPU通信来设置；当误差信号eP(K)绝对值大于E1时，表明气压实际值P(K)距离气压设定值远，采用Bang_Bang控制算法，得到输出控制量u3(K)，进行快速的进气和排气，实现响应的快速性，E1＝k1Pref(K)，其中k1的取值范围可选为0.5到0.9之间，u3(K)＝eP(K)；当误差信号eP(K)绝对值大于E2时，表明气压实际值距离气压设定值较远，采用单独方式PID控制算法，得到输出控制量u1(K)，进行一定速度的进气和排气，兼顾响应快速性的同时，避免大的超调，E2＝k2Pref(K)，其中k2的取值范围可选为0.02到0.5之间；u1(K)＝u1(K-1)+Kp1[eP(k)-eP(k-1)]+ki1eP(k)+Kd1[eP(k)-2eP(k-1)+eP(k-2)]，其中，当K≤0时，u1(K)＝0；Kp1的取值范围在0.007到0.49之间，Ki1的取值范围在0.0007到0.21之间，Kd1的取值范围在0.0007到0.07之间；当误差信号eP(K)绝对值不大于E2时，表明气压实际值距离气压设定值较近，采用微调方式PID控制算法，得到输出控制量u2(K)，进行微量的进气和排气，避免大的超调，u2(K)＝u2(K-1)+Kp2[eP(k)-eP(k-1)]+Ki2eP(k)+Kd2[eP(k)-2eP(k-1)+eP(k-2)]，其中，当K≤0时，u2(K)＝0；Kp1的取值范围在0.001到0.07之间，Ki1的取值范围在0.0001到0.03之间，Kd1的取值范围在0.0001到0.01之间。本专利技术的有益效果：本专利技术提出的基于高频电磁阀组的高精度气压控制系统和方法，相对比例阀和伺服阀，价格低，经济性好，体积小，在某些场所更容易安装。本专利技术根据误差信号大小的不同，执行不同的控制算法，得到输出控制量，在不同的控制方法下，对输出控制量采用不同的输出方式，结合PWM调制后，控制进气高频电磁阀组和排气高频电磁阀组。气压设定值等参数通过计算机软件和控制CPU通信来设置。附图说明图1为本专利技术基于高频电磁阀组的高精度气压控制系统组成框图；图2为本专利技术基于高频电磁阀组的高精度气压控制方法流程图；图3为本专利技术基于高频电磁阀组的高精度气压控制方法中单独方式PID控制算法输出控制量流程图；图4为本专利技术基于高频电磁阀组的高精度气压控制方法中微调方式PID控制算法输出控制量流程图；图5为本专利技术基于高频电磁阀组的高精度气压控制方法中Bang_Bang控制算法输出控制量流程图。具体实施方式以下详细描述本专利技术的技术方案。本专利技术实施例仅供说明具体结构，该结构的规模不受实施例的限制。请参阅图1，一种基于高频电磁阀组的高精度气压控制系统，包括依次连接的气源101、过滤器102、油雾分离器103、精密减压阀104、缓冲密闭气室106、i个进气高频电磁阀组S11到S1i107、密闭气室108、j个排气高频电磁阀组S21到S2j109，环境空气110；缓冲密闭气室106上连接监视压力表105；气源101经过滤器102、油雾分离器103、精密减压阀104将气压调整到期望控制压力最大值的1.5-2.5倍；精密减压阀104的输出连接着缓冲密闭气室106，缓冲密闭气室106上设有开孔，开孔连接监视压力表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于高频电磁阀组的高精度气压控制系统，其特征在于包括依次连接的气源、过滤器、油雾分离器、精密减压阀、缓冲密闭气室、进气高频电磁阀组、密闭气室、排气高频电磁阀组；缓冲密闭气室上连接监视压力表；所述气源经所述过滤器、所述油雾分离器、所述精密减压阀将气压调整到期望控制压力最大值的1.5‑2.5倍；所述精密减压阀的输出连接着所述缓冲密闭气室，所述缓冲密闭气室上设有开孔，开孔连接监视压力表，对所述缓冲密闭气室的气压进行监视；从所述缓冲密闭气室出来的气路经过所述进气高频电磁阀组，接到所述密闭气室，控制所述密闭气室的进气；所述排气高频电磁阀组连接所述密闭气室，控制所述密闭气室向环境空气排气。

【技术特征摘要】
1.一种基于高频电磁阀组的高精度气压控制系统，其特征在于包括依次连接的气源、过滤器、油雾分离器、精密减压阀、缓冲密闭气室、进气高频电磁阀组、密闭气室、排气高频电磁阀组；缓冲密闭气室上连接监视压力表；所述气源经所述过滤器、所述油雾分离器、所述精密减压阀将气压调整到期望控制压力最大值的1.5-2.5倍；所述精密减压阀的输出连接着所述缓冲密闭气室，所述缓冲密闭气室上设有开孔，开孔连接监视压力表，对所述缓冲密闭气室的气压进行监视；从所述缓冲密闭气室出来的气路经过所述进气高频电磁阀组，接到所述密闭气室，控制所述密闭气室的进气；所述排气高频电磁阀组连接所述密闭气室，控制所述密闭气室向环境空气排气。2.根据权利要求1所述的一种基于高频电磁阀组的高精度气压控制系统，其特征在于所述的进气高频电磁阀组有i个，每个电磁阀组由N个相同的电磁阀组成，N从1开始，每个电磁阀组的电磁阀个数依次增大2倍，每个电磁阀的直径为φ。3.根据权利要求1所述的一种基于高频电磁阀组的高精度气压控制系统，其特征在于所述的排气高频电磁阀组有j个，每个电磁阀组由N个相同的电磁阀组成，N从1开始，每个电磁阀组的电磁阀个数依次增大2倍，每个电磁阀的直径为φ。4.根据权利要求1所述的一种基于高频电磁阀组的高精度气压控制系统，其特征在于所述的密闭气室上连接高精度气压传感器。5.一种基于高频电磁阀组的高精度气压控制方法，其特征在于气源经过过滤器及油雾分离器处理后，再经过精密减压阀将气压调整到密闭气室期望控制压力最大值的1.5-2.5倍，通过监视压力表对缓冲密闭气室的压力进行监视；从缓冲密闭气室出来之后的气路经过进气高频电磁阀组，接到密闭气室上，控制密闭气室的进气；排气高频电磁阀组接到密闭气室上，控制密闭气室向环境空气排气；；结合PWM原理，通过对i个进气高频电磁阀组的高频开关和j个排气高频电磁阀组的高频开关，等效的进气直径从0到(2′-1)φ之间可控，等效的排气直径从0到(2j-1)φ之间可控；通过控制CPU和增加必要的时钟电路、复位电路、驱动电路等外围电路，实现进气高频电磁阀组和排气高频电磁阀组的驱动，通过连接在密闭气室上的高精度气压传感器，控制CPU和AD转换器实时采集密闭气室内的气压；控制CPU对气压设定值Pref(K)和气压实测值P(K)作差后，得到误差信号eP(K)，根据误差信号eP(K)，执行分段控制算法，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊远生，吴伟雄，肖锐，黄风立，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33