CN108827412A - 科氏质量流量计全数字驱动中两类参数的确定方法 - Google Patents

科氏质量流量计全数字驱动中两类参数的确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及流量检测领域，是确定科氏质量流量计全数字驱动方法幅值控制中对数误差底数和不同一次仪表的PI控制器参数的方法。包括利用有限长度的正弦波激励流量管，建立流量管振动系统的二阶数学模型；根据期望值的不同，选取不同底的对数误差作为控制器的输入；根据PI控制器稳态输出值的比例关系调节PI参数，以控制不同一次仪表。本发明的优点在于提升了驱动控制效果，便于对不同一次仪表执行驱动控制。

Description

科氏质量流量计全数字驱动中两类参数的确定方法
技术领域
本发明涉及流量检测领域，是确定科氏质量流量计全数字驱动方法幅值控制中两类参数的方法。这两类参数分别是对数误差底数和不同口径一次仪表与不同种类一次仪表(以下简称不同一次仪表)的PI控制器参数。该确定方法由流量管振动系统数学模型的建立方法、对数误差底数的确定方法和不同一次仪表的PI控制器参数的确定方法组成。利用有限长度的正弦波激励流量管，建立流量管振动系统的二阶数学模型，为PI参数的整定提供了基准。根据期望值的不同，选取不同底的对数误差作为控制器的输入，以满足动态特性和稳态特性的要求。采用PI控制器控制幅值，以幅值闭环系统的增益预设PI参数，再根据实际的动态效果和稳态效果确定最终参数。当控制不同一次仪表时，根据PI控制器稳态输出值的比例关系调节PI参数。
背景技术
科氏质量流量计可以直接测量质量流量，是当前发展最为迅速的流量计之一，具有广阔的应用前景。科氏质量流量计由一次仪表和变送器(又称二次仪表)组成。一次仪表包括流量管、电磁激振器、速度传感器、温度传感器和外壳等，其中，将流量管、电磁激振器和速度传感器定义为流量管振动系统。变送器包括信号调理部分、处理部分和驱动部分。在驱动部分，就驱动方式可以分为模拟驱动、半数字驱动和全数字驱动。模拟驱动方式是直接利用速度传感器的输出信号，该输出信号经过模拟电路的幅值增益控制后，提供给电磁激振器。其中，幅值控制是由模拟电路完成的，较为简单。半数字驱动方式的驱动信号也是直接取自速度传感器的输出信号，但是，幅值控制为数字式的。模拟驱动和半数字驱动方式都无法避免在气液两相流工况下流量管停振的问题。全数字驱动方式由处理器根据采集的速度传感器信号计算出驱动信号所需的频率、相位和幅值信息，合成驱动信号后提供给电磁激振器。其中，幅值控制是数字式的，需设计有效的幅值控制算法对流量管的振动幅值进行控制。
针对科氏流量管的数字式幅值控制方法，Clarke D W[Clarke D W.Non-linearControl of the Oscillation Amplitude of a Coriolis Mass-Flow Meter[J].European Journal of Control,1998,4(3):196-207.]提出了一种将自然对数误差和PI控制相结合的非线性幅值控制算法，其中，求取自然对数误差作为PI控制器的输入，并给出了PI参数整定的方法。但是，直接求取自然对数误差并非最佳，在不同期望值的情况下，同一底数的对数误差结果并不能同时满足对控制的快速性和稳定性的要求。它的驱动信号直接取自速度传感器的输出信号，即该驱动方式为半数字驱动方式，并非全数字驱动方式，无法避免在两相流工况下流量管停振的问题。它给出的PI参数整定方法也是依托于半数字驱动系统的，并不适用于全数字驱动；此外，它的参数整定方法需要精确的二阶流量管振动系统的数学模型，但是，没有给出求解模型参数的方法。
许多学者将非线性幅值控制算法应用于实际中，但是，都没有给出对数误差底数选取的规则和PI控制器参数整定的方法。例如，合肥工业大学[徐科军,侯其立,方敏,等.一种科氏质量流量计的数字驱动跟踪方法和系统,CN102506951A[P].2012.]采用非线性幅值控制方法控制流量管的幅值，但是，仅仅使用了自然对数误差作为后续控制器的输入，也没有指出PI控制器参数整定的方法。此外，不同一次仪表具有不同的特性，应该使用不同的PI控制器参数。若用同一组控制参数控制不同一次仪表，可能会造成较大的波动，以致一次仪表无法正常工作。
为此，本发明提出确定全数字驱动方法中对数误差底数和不同一次仪表的PI控制器参数这两类关键参数的方法。(1)由于被控对象为流量管振动系统，采用有限长度的正弦波激励流量管，构建被控对象的数学模型，分析它的稳态特性，为幅值控制奠定基础。(2)由于对数误差底数的选取与期望值的设置有关，在不同期望值的情况下将不同底数的对数误差进行比较，以得出对数底数选取的规律。(3)采用PI控制器控制幅值，在实际调试前需根据幅值闭环系统的增益确定初始的PI参数。以预设的PI参数控制某种型号的科氏质量流量计一次仪表，再根据实际的动态效果和稳态效果确定最终的PI参数。而不同一次仪表具有的特性不同，可根据PI控制器的稳态输出值来调节PI参数。
发明内容
本发明内容为了解决上述问题，采用以下技术方案：
建立流量管振动系统的模型。(1)确立流量管振动系统的二阶数学模型框架。(2)采用有限长度的正弦波激励某种型号科氏质量流量计的流量管，根据速度传感器输出的自由衰减振荡信号求出阻尼比和无阻尼固有频率。(3)确定已知模型参数部分的增益，再根据速度传感器的输出信号与激励信号的稳态幅值之比求出稳态增益，进而确立模型。根据建立二阶数学模型的稳态增益与流量管的最佳振动幅值，确定流量管振动系统输入信号的幅值，为后续PI参数的整定提供基准。
确立对数误差底数选取规律。在不同期望值下，对数底数的选取不同。并且，期望值设置得越小，相对应的底数应该越大。
确定不同一次仪表的PI参数整定方法。(1)使用PI控制器对流量管的振动幅值进行控制。通过分析流量管的最佳振动幅值、流量管振动系统的稳态增益和闭环系统增益确定初始PI参数。(2)将分析得到的初始控制参数应用于实际中，控制该种型号的一次仪表，根据实际的动态效果和稳态效果确定最终的PI参数。(3)由于不同一次仪表的稳态增益和最佳振动幅值是不同的，所以，对其它型号科氏质量流量计的一次仪表进行控制时，将已知的一次仪表的PI参数按已知一次仪表与其它型号一次仪表之间PI控制器稳态输出值的比例关系进行移植。
本发明内容的优点在于：
(1)建立流量管振动系统的数学模型，分析它的特性，知它在稳态下相当于一个固有增益，为流量管的幅值控制奠定基础。(2)确定对数误差底数的选取规律，使得误差曲线特性在不同期望值下都可以保持最佳，进一步提升了驱动控制效果。(3)当对不同一次仪表执行控制时，由于它们的特性不同，需匹配不同的PI参数。本发明提出了不同一次仪表PI参数整定的方法，方便对不同一次仪表进行控制。
附图说明
图1为全数字驱动幅值控制中两类关键参数的确定方法图。
图2为基于DSP的科氏质量流量计数字驱动系统的硬件框图。
图3为对流量管振动系统建模时的激励实验示意图。
图4为科氏质量流量计数字驱动系统幅值控制闭环系统示意图。
图5为期望值在4.3时的不同误差函数曲线比较图。
图6为期望值为1.9时的不同误差函数曲线比较图。
图7为期望值为0.5时的不同误差函数曲线比较图。
图8为确定不同一次仪表PI参数的流程图。
具体实施方式
图1中包含了本发明要确定的全数字驱动幅值控制中的两类关键参数：对数误差底数和不同一次仪表的PI参数。其中，对数误差底数是根据速度传感器信号期望值的不同而设置的；不同一次仪表的PI参数是将已知的某种一次仪表的PI参数按照已知一次仪表与所求一次仪表之间PI控制器稳态输出值的比例关系确定的。
基于DSP的科氏质量流量计数字驱动系统的硬件框图如图2所示，控制核心为TMS320F28335DSP(数字信号处理器)，并采用DDS(直接数字式频率合成器)+MDAC(乘法数模转换器)的组合执行驱动任务，对流量管振动幅值进行控制。其中，速度传感器输出信号后，经由硬件电路放大滤波；DSP控制ADC(模数转换器)采集速度传感器的输出信号，进而对信号处理获得驱动信号相关信息。DSP根据采集到的速度传感器的输出信号计算出驱动信号后，首先，利用DDS合成具有一定频率、相位和幅值固定的初始驱动信号；然后，DSP会通过MDAC对初始驱动信号的幅值进行控制；最后，MDAC输出的信号经由功率放大和安全栅后，作为最终的驱动信号输出。
建立流量管振动系统的二阶数学模型。一般采用二阶数学模型描述流量管振动系统：
式中，vi(s)为输入的驱动电压信号,vo(s)为速度传感器信号，KR为固有增益，ξs为阻尼比，ωn为无阻尼固有频率。模型中的参数不易直接获取，可采用实验方法获得。
如图3所示为流量管振动系统激励实验示意图，其中，给流量管振动系统一个激励信号，然后，测量其输出，根据响应曲线计算模型参数。考虑到科氏质量流量计中的流量管振动系统是在正弦波激励下工作的，选择有限长度的正弦波作为激励信号。当正弦波激励信号结束时，流量管振动系统的振动就会衰减，并慢慢地停振，此时，速度传感器将输出自由衰减振荡信号，根据此自由衰减信号可计算出阻尼比ξs。采用时域峰值法求取阻尼比ξs，计算公式为：
式中，Ai为第i周期的峰值，Ai+r为第i+r周期的峰值，r为两峰值点之间相差的周期数，q为用于计算的峰值点对的总数。
对自由衰减振荡信号做基于FFT(快速傅里叶变换)的频谱分析，根据幅值谱的最大值点，得到有阻尼固有频率ωd。再根据
得到无阻尼固有频率ωn。在ξs很小时，ωn近似等于ωd。
将阻尼比ξs与无阻尼固有频率ωn代入式(1),令s＝jωd，结合正弦波激励信号结束前的稳态驱动电压信号幅值和速度传感器输出信号幅值，即可得到固有增益KR。
例如，以美国艾默生电气公司的CMF025型科氏质量流量计一次仪表(形状为Ω型，流量管公称直径为9mm，以下简称CMF025型一次仪表)为对象，按上述步骤建模，得到其处于单相流稳态下的流量管振动系统模型参数为ξs＝0.000145、ωn＝849.44rad/s和KR＝0.0164。根据式(1)，可以得到数学模型为
通过对数学模型的幅频特性和相频特性的分析，知其特性相当于一个带通滤波器。当输入驱动信号与模型固有频率相同，且输入驱动信号与模型输出信号相位差为0时，该模型具有最大稳态增益。
根据图2所示的数字驱动硬件框图，以及被控对象模型和幅值控制算法，得到幅值控制的闭环系统如图4所示。可以看出，该系统主要由流量管振动系统和PI控制器等组成。
已知流量管振动系统的模型，通过分析，知它在稳态下可等效为一具有固定增益的放大器。将无阻尼固有频率ωn代入式(2)，得稳态增益Ks＝0.066。又有
vo＝viKs (3)
式中，vo为输出信号幅值，vi为输入信号幅值。流量管最佳振动幅值为0.24V，则希望输出信号vo为0.24V。根据式(3)，有vi＝3.636。不同一次仪表由于稳态增益Ks和最佳振幅一般不同，所以，输入信号幅值vi也不同。
如图4所示的幅值控制闭环系统正常工作时，希望流量管可以振动在最佳振动幅值，且ADC也可以处于最佳采样范围内，这就需要设置合适的放大倍数Ke。流量管振动系统输出信号后，经过固有增益Ke放大。Ke由硬件电路放大倍数(对应于图2中放大滤波)和ADC内部可编程放大倍数组成。本系统中，流量管振动系统的最佳振动幅值为0.24V，ADC的最佳采样值范围为-2.15至2.15V之间，则硬件电路的增益应为2.15/0.24＝8.96。ADC内部增益设置为2，则得到Ke＝8.96*2＝17.9。不同一次仪表由于最佳振幅不同，所以，Ke也会不同。
设置PI参数时需要知道PI控制器的稳态输出，这需要对PI控制器和流量管振动系统之间的增益进行分析。Km与MDAC相关，MDAC码值范围为0～65535，且控制的增益范围在0～1之间。为了防止PI控制器的输出和PI参数过大，计算出PI控制器输出值后，会将该值放大，即乘上6553，作为最终写入MDAC的码值，则该环节的增益为Km＝6553/65535＝0.1。MDAC是对DDS输出的初始驱动信号幅值进行控制的，DDS输出的信号幅值固定为0.3V，则u(t)＝Kfsinωt＝0.3sinωt，所以，Kf＝0.3。Ka对应于图2中的功率放大，放大倍数Ka＝74.7。Km、Kf和Ka的数值与一次仪表无关，为变送器的固有参数。
功率放大后的驱动信号经过安全栅分压后才会施加在电磁激振器线圈上，线圈所占电压比例与一次仪表电磁激振器线圈电阻值和安全栅电阻值有关。安全栅电路的电阻Rs固定，且为177欧姆。设一次仪表电磁激振器线圈电阻为Rp，则线圈所占驱动电压比例系数为Kr＝Rp/(Rs+Rp)。例如，CMF025型一次仪表电磁激振器线圈的电阻为293欧姆，则电磁激振器线圈所分压的比例系数为Kr＝293/(177+293)＝0.62。不同一次仪表，由于电磁激振器线圈电阻不同，而安全栅电阻值不变，所以，线圈分压的系数是不同的。
根据速度传感器信号期望值的不同确定对数误差底数。采集到放大的速度传感器信号，并计算出实际幅值后，需将其与期望值比较求取误差以进行后续控制。希望误差为非线性的，当实际幅值与期望值偏差较大时，误差输出应相对大一些，以加快动态响应；当实际幅值与期望值偏差较小时，误差输出应相对的小一些，以使系统快速进入稳态。对数误差能够满足所要求的误差效果。但是，不同底的对数具有不同的特性，在求取对数误差时需要先确定对数的底。
如图5所示为速度传感器信号期望值为4.3的情况下，直接相减误差ek1＝A0-Ak、以1.5为底的对数误差ek2＝log1.5A0-log1.5Ak和自然对数的误差ek3＝lnA0-lnAk的比较图。其中，由于对接近于0的数取对数时，结果将无限大；又由于在硬件电路中对实际幅值Ak做了限幅处理，最高限幅为5V；所以，实际幅值Ak在0.1至5之间变化。可见，在此种情况下，当实际值Ak与期望值A0之间相差较大时，以1.5为底的对数误差可以提供更大的输出，有利于动态响应，使流量管振动系统的振幅快速改变；当实际值Ak与期望值A0之间差距逐渐缩小时，两种底数的对数误差相对于直接所取的误差都更小，有利于维持控制器的稳态性能，减小流量管振幅在稳态下的波动。此时，虽然以1.5为底的对数误差大于自然对数的误差，但是，综合考虑对动态响应和稳态响应的要求，取以1.5为底的对数误差更有利于对流量管振动系统的控制。
假设速度传感器信号期望值改变为1.9，再次对上述三种误差做出比较，结果如图6所示。可以看出，当实际值Ak与期望值A0之间相差较小时，以1.5为底的对数误差结果依然很大，这不利于稳态响应。而自然对数误差的取值范围满足对动态响应和稳态响应的要求，此时，应该选取自然对数误差。
再次假设速度传感器信号期望值为0.5，将直接相减误差ek1＝A0-Ak、以25为底的对数误差ek2＝log25A0-log25Ak和自然对数误差ek3＝lnA0-lnAk相比较，结果如图7所示。可见，自然对数的误差一直保持在较大值，不利于稳态响应。而以25为底的对数误差则可以兼顾动态响应和稳态响应，此时应选择以25为底的对数误差。
由上分析可知，不同底的对数误差具有相同的变化趋势，但变化的范围却不相同。应根据期望值的变化，选取合适的对数底以达到最佳误差效果。其中，期望值越低，选取的对数底应该越大。例如，控制CMF025型号的科氏质量流量计一次仪表时，速度传感器信号期望值设为4.3，故选择以1.5为底数的对数误差。
如图8所示为不同一次仪表PI参数确定的流程图。首先，根据某种一次仪表的特性预设PI参数；然后，将该参数应用于对一次仪表的实际控制中，根据实际的动态效果和稳态效果确定适用于该一次仪表最终的PI参数；最后，在控制不同一次仪表时，根据它们之间的关系，将已知的PI参数按比例关系调整。
(1)初步选定PI控制器参数
求取对数误差后，则可将误差结果送入控制器C(s)计算出增益输出。控制器C(s)采用PI(比例积分)控制器。它是一种最常用的控制器，特点是控制既及时，又能消除余差。其输出表达式为
式中，Tsam为采样周期，Kp为比例系数，KI为积分系数。Tsam为采样周期，
在数值上与驱动信号的更新周期相同。例如，当DSP控制的ADC采样率为3.75kHz，并且每采样到500点处理一次数据时，采样周期Tsam为500/3750＝0.133。
比例系数Kp和积分系数KI可根据PI控制器稳态输出值预设。在对某种一次仪表执行控制时，当幅值控制的闭环系统处于稳态，且流量管振动系统的输出为最佳振动幅值时，设输入信号幅值为vi，由PI控制器输出至流量管振动系统之间的前向通道增益为Ku，则PI控制器的稳态输出u(k)＝vi/Ku。比例系数Kp与动态响应有关，一般设置的较大些，可令Kp＝u(k)，积分系数KI用于消除余差，一般设置的较小，可令KI＝u(k)/10。
(2)实际调整PI控制器参数
将预设的参数应用于实际系统，然后，测试效果，以便进一步对参数进行调整。选定某种型号一次仪表，使用上述预设的PI参数执行控制。先令积分系数KI不变，改变比例系数Kp。若发现动态过程没有超调，且稳态下基本没有波动，则说明比例系数Kp较小，可逐渐加大它。否则，若发现超调较大，且稳态下波动较大，则可逐渐减小比例系数Kp。确定比例系数Kp后，再对积分系数KI调整。此时比例系数Kp不动。按照前述调节比例系数Kp的方法对积分系数KI进行调节。这样即可确定该型号一次仪表应匹配的比例系数Kp和积分系数KI。
(3)确定不同一次仪表的PI参数
一次仪表不同，其最佳振幅和稳态增益就不同，相应的PI控制器的稳态输出也不同，则PI参数也应该不相同。由于科氏质量流量计一次仪表稳态下都相当于一个固有增益，不同一次仪表之间的稳态增益具有比例关系，所以，可以将已知的某种一次仪表的PI参数按比例关系移植应用于另外一种一次仪表。具体地讲，已知某种一次仪表匹配的比例系数为Kp，积分系数为KI，PI控制器的稳态输出u(k)。又求出另一种一次仪表PI控制器的稳态输出为u1(k)，则可按比例关系得到另一种一次仪表所对应的PI控制参数。另一种一次仪表PI控制器对应的比例系数应为Kp1＝Kp*(u1(k)/u(k))，积分系数应为KI1＝KI*(u1(k)/u(k))。
例如，先求出CMF025型一次仪表的PI参数，然后，将该PI参数移植到对美国艾默生电气公司的DN25型的科氏质量流量计一次仪表(形状为Ω型，流量管公称直径为25mm，以下简称艾默生DN25型一次仪表)的控制中。
(1)CMF025型一次仪表稳态下的输入驱动信号幅值为vi＝3.636，前向通道增益Ku＝KrKaKfKm＝0.62*74.7*0.3*0.1＝1.39，则PI控制器的稳态输出u(k)＝vi/Ku＝3.636/1.39＝2.61。比例系数Kp可为2.61；积分系数KI可为0.261。预设好这两个参数后，后续再根据实际控制效果调整。
(2)根据实际的控制效果将CMF025型一次仪表对应的比例系数Kp调为8，积分系数KI调为2。
(3)艾默生DN25型一次仪表的稳态增益为0.062，最佳振动幅值为0.4V，则稳态下输入驱动信号幅值vi1＝0.4/0.062＝6.45。它的电磁激振器线圈电阻Rp1为260欧姆，则Kr1＝Rp1/(Rs+Rp1)＝260/(177+260)＝0.59，前向通道增益Ku1＝Kr1KaKfKm＝0.59*74.7*0.3*0.1＝1.32，得PI控制器的稳态输出u1(k)＝vi1/Ku1＝6.45/1.32＝4.88。CMF025型一次仪表的PI控制器稳态输出u(k)＝2.61，这两种一次仪表PI控制器稳态输出的比例关系u1(k)/u(k)＝4.88/2.61＝1.87。又因为CMF025型一次仪表的比例系数Kp为8，积分系数KI为2，则通过参数移植，可将艾默生DN25型一次仪表PI控制器的比例系数设为Kp1＝Kp*(u1(k)/u(k))＝8*1.87＝14.96，积分系数设为KI1＝KI*(u1(k)/u(k))＝2*1.87＝3.74。

Claims (4)

1.科氏质量流量计全数字驱动中两类参数的确定方法，这两类参数分别是对数误差底数和不同一次仪表的PI控制器参数，该确定方法由流量管振动系统数学模型的建立方法、对数误差底数的确定方法和不同一次仪表的PI控制器参数的确定方法组成，其特征在于：(1)由于被控对象为流量管振动系统，采用有限长度的正弦波激励流量管，构建被控对象的数学模型，分析它的稳态特性，为幅值控制奠定基础；(2)由于对数误差底数的选取与期望值的设置有关，在不同期望值的情况下将不同底数的对数误差进行比较，以得出对数底数选取的规律；(3)采用PI控制器控制幅值，在实际调试前需根据幅值闭环系统的增益确定初始的PI参数；以预设的PI参数控制某种型号的科氏质量流量计一次仪表，再根据实际的动态效果和稳态效果确定最终的PI参数；而不同一次仪表具有的特性不同，可根据PI控制器的稳态输出值来调节PI参数。
2.如权利要求1所述的科氏质量流量计全数字驱动中两类参数的确定方法，其特征在于：建立流量管振动系统的二阶数学模型；给流量管振动系统一个激励信号，然后，测量其输出，根据响应曲线计算模型参数；考虑到科氏质量流量计中的流量管振动系统是在正弦波激励下工作的，选择有限长度的正弦波作为激励信号；当正弦波激励信号结束时，流量管振动系统的振动就会衰减，并慢慢地停振，此时，速度传感器将输出自由衰减振荡信号，根据此自由衰减信号可计算出阻尼比ξs；采用时域峰值法求取阻尼比ξs，计算公式为：
式中，Ai为第i周期的峰值，Ai+r为第i+r周期的峰值，r为两峰值点之间相差的周期数，q为用于计算的峰值点对的总数；
对自由衰减振荡信号做基于FFT(快速傅里叶变换)的频谱分析，根据幅值谱的最大值点，得到有阻尼固有频率ωd；再根据
得到无阻尼固有频率ωn。在ξs很小时，ωn近似等于ωd；
将阻尼比ξs与无阻尼固有频率ωn代入式(1),令s＝jωd，结合正弦波激励信号结束前的稳态驱动电压信号幅值和速度传感器输出信号幅值，即可得到固有增益KR。
3.如权利要求1所述的科氏质量流量计全数字驱动中两类参数的确定方法，其特征在于：不同底的对数误差具有相同的变化趋势，但变化的范围却不相同；应根据期望值的变化，选取合适的对数底以达到最佳误差效果；其中，期望值越低，选取的对数底应该越大。
4.如权利要求1所述的科氏质量流量计全数字驱动中两类参数的确定方法，其特征在于：
(1)初步选定PI控制器参数
比例系数Kp和积分系数KI可根据PI控制器稳态输出值预设；在对某种一次仪表执行控制时，当幅值控制的闭环系统处于稳态，且流量管振动系统的输出为最佳振动幅值时，设输入信号幅值为vi，由PI控制器输出至流量管振动系统之间的前向通道增益为Ku，则PI控制器的稳态输出u(k)＝vi/Ku。比例系数Kp与动态响应有关，一般设置的较大些，可令Kp＝u(k)，积分系数KI用于消除余差，一般设置的较小，可令KI＝u(k)/10；
(2)实际调整PI控制器参数
将预设的参数应用于实际系统，然后，测试效果，以便进一步对参数进行调整；选定某种型号一次仪表，使用上述预设的PI参数执行控制。先令积分系数KI不变，改变比例系数Kp。若发现动态过程没有超调，且稳态下基本没有波动，则说明比例系数Kp较小，可逐渐加大它；否则，若发现超调较大，且稳态下波动较大，则可逐渐减小比例系数Kp；确定比例系数Kp后，再对积分系数KI调整；此时比例系数Kp不动；按照前述调节比例系数Kp的方法对积分系数KI进行调节；这样即可确定该型号一次仪表应匹配的比例系数Kp和积分系数KI；
(3)确定不同一次仪表的PI参数
一次仪表不同，其最佳振幅和稳态增益就不同，相应的PI控制器的稳态输出也不同，则PI参数也应该不相同；由于科氏质量流量计一次仪表稳态下都相当于一个固有增益，不同一次仪表之间的稳态增益具有比例关系，所以，可以将已知的某种一次仪表的PI参数按比例关系移植应用于另外一种一次仪表；具体地讲，已知某种一次仪表匹配的比例系数为Kp，积分系数为KI，PI控制器的稳态输出u(k)；求出另一种一次仪表PI控制器的稳态输出为u1(k)，则可按比例关系得到另一种一次仪表所对应的PI控制参数；另一种一次仪表PI控制器对应的比例系数应为Kp1＝Kp*(u1(k)/u(k))，积分系数应为KI1＝KI*(u1(k)/u(k))。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114061678A (zh) * 2022-01-10 2022-02-18 中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所 一种科氏流量计数字驱动方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020077753A1 (en) * 2000-10-12 2002-06-20 Kelly Ronald C. Method and apparatus for correcting the depth index for well-log data
CN101339405A (zh) * 2008-08-13 2009-01-07 哈尔滨工程大学 一种数字pid控制方法
CN101608940A (zh) * 2009-07-23 2009-12-23 合肥工业大学 科氏质量流量计正负阶跃交替激励启振方法和系统
CN101881947A (zh) * 2010-05-26 2010-11-10 北京航空航天大学 科里奥利质量流量计全数字闭环系统
CN103984228A (zh) * 2014-05-31 2014-08-13 福州大学 一种科里奥利质量流量计数字驱动系统设计方法
CN104236651A (zh) * 2014-07-19 2014-12-24 中国人民解放军后勤工程学院 一种科氏流量计振动幅值的仿人智能控制方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020077753A1 (en) * 2000-10-12 2002-06-20 Kelly Ronald C. Method and apparatus for correcting the depth index for well-log data
CN101339405A (zh) * 2008-08-13 2009-01-07 哈尔滨工程大学 一种数字pid控制方法
CN101608940A (zh) * 2009-07-23 2009-12-23 合肥工业大学 科氏质量流量计正负阶跃交替激励启振方法和系统
CN101881947A (zh) * 2010-05-26 2010-11-10 北京航空航天大学 科里奥利质量流量计全数字闭环系统
CN103984228A (zh) * 2014-05-31 2014-08-13 福州大学 一种科里奥利质量流量计数字驱动系统设计方法
CN104236651A (zh) * 2014-07-19 2014-12-24 中国人民解放军后勤工程学院 一种科氏流量计振动幅值的仿人智能控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘铮: "科氏质量流量计驱动系统中关键技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 *
陶波波: "面向两种特殊情况的科氏质量流量计驱动方法和系统", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114061678A (zh) * 2022-01-10 2022-02-18 中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所 一种科氏流量计数字驱动方法
CN114061678B (zh) * 2022-01-10 2022-03-25 中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所 一种科氏流量计数字驱动方法

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