CN109667750A

CN109667750A - 一种基于在线补偿的多轴协同高精度液相泵控制方法

Info

Publication number: CN109667750A
Application number: CN201811533632.9A
Authority: CN
Inventors: 魏兴亚; 吕晶薇; 殷参; 谭旭; 曾婷; 王晓阳; 徐迎丽
Original assignee: Beijing Satellite Manufacturing Factory Co Ltd
Current assignee: Beijing Satellite Manufacturing Factory Co Ltd
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2019-04-23
Anticipated expiration: 2038-12-14
Also published as: CN109667750B

Abstract

一种基于在线补偿的多轴协同高精度液相泵控制方法，通过提出电机参数在线补偿及多轴电机协同运行的控制方法，保证以高精度液相泵为核心的液相色谱仪在不同工况与介质条件下，恒流输送流量精度一致性指标、脉动性指标均能保持稳定，克服了现有液相泵流量精度低、流量输送一致性差、脉动率大、运行参数离线不可补偿等问题，精度高，工况稳定。

Description

一种基于在线补偿的多轴协同高精度液相泵控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于在线补偿的多轴协同高精度液相泵控制方法，属于电子工程技术领域。

背景技术

目前国外仪器供应商纷纷推出具有更高分离度、更快分析速度、以及更高灵敏度的超高效液相色谱仪(简称UHPLC)，并迅速应用于食品安全、制药、环境检测、科研等领域，这类仪器不仅可以极大提高色谱工作者的工作效率，而且显著减少溶剂和样品消耗，大大减少环境资源需求，显著节约成本。

目前在国内尚缺乏具有自主知识产权的UHPLC技术，主要原因是UHPLC核心部件—高精度超高压液相泵缺乏匹配供应方和完整的供应链方案，高精度超高压液相泵技术与国外存在较大差距。液相色谱仪的超高压化，为液相泵带来了诸多技术难题，如多轴控制协同性、流体可压缩下流量补偿、超高压密封等问题难以解决，使得流量精度、准确度和压力脉动难以达到要求，制约了UHPLC的进一步发展。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，现有液相泵流量精度低、流量输送一致性差、脉动率大、运行参数离线不可补偿等问题，提出了一种基于在线补偿的多轴协同高精度液相泵控制方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于在线补偿的多轴协同高精度液相泵控制方法，步骤如下：

(1)进行液相泵组组装，根据液相泵组任务要求选择电机运行状态，其中，电机运行状态包括平流状态、梯度脱洗状态；

(2)根据电机溶剂变化情况进行液相泵组压缩补偿量计算，同时于电机工作周期内实时进行补偿量更新；

(3)于步骤(1)所选电机运行状态下，对电机运行转速路径进行分段规划并预设电机各段路径位移及运行时间，同时获取电机转速与运行时间函数关系式，再根据步骤(2)所得液相泵组压缩补偿量计算电机实时转速及加速度，对电机进行转速控制。

所述步骤(2)中，液相泵组压缩补偿量S₀的计算公式如下：

S₀＝β·ΔP·ΔV·π·R²

β为混合溶剂压缩系数，ΔP为管腔内压缩过程压力波动数值，ΔV为压缩过程速度波动数值，R为流路管半径，π为圆周率。

所述步骤(3)中，当电机运行状态为平流状态时，预设主缸电机运行路径为正向匀加速段t_a1、正向匀速段t_a2、正向匀减速段t_a3、反向匀加速段t_a4、反向匀速段t_a5、反向匀减速段t_a6等六个长度已知时间段，对应的加速度值分别为k_a1、k_a2、k_a3、k_a4、k_a5、k_a6，副缸电机运行路径为反向匀加速段t_b1、反向匀速段t_b2、反向匀减速段t_b3、正向匀加速段t_b4、正向匀速段t_b5、正向匀减速段t_b6等六个长度已知时间段，对应的加速度值分别为k_b1、k_b2、k_b3、k_b4、k_b5、k_b6，其中，主缸电机、副缸电机加速度与时间关系函数表达式如下：

S₁＝0.5*k_a1*t_a1 ²+k_a1*t_a1*t_a2+0.5*k_a1*t_a1*t_a3＝L₀-S₀

S₂＝0.5*k_a4*t_a4 ²+k_a4*t_a4*t_a5+0.5*k_a4*t_a4*t_a6＝L₀

S₃＝0.5*k_b4*t_b4 ²+k_b4*t_b4*t_b5+0.5*k_b4*t_b4*t_b6＝0.5*L₀

S₄＝0.5*k_b1*t_b1 ²+k_b1*t_b1*t_b2+0.5*k_b1*t_b1*t_b3＝0.5*L₀

k_a1*t_a1 ²＝k_a3*t_a3 ²

k_a4*t_a4 ²＝k_a6*t_a6 ²

k_b1*t_b1 ²＝k_b3*t_b3 ²

k_b4*t_b4 ²＝k_b6*t_b6 ²

k_a2＝k_a5＝0

k_b2＝k_b5＝0

式中，S₁为主缸预压缩吸液行程、S₂为主缸预压缩排液行程、S₃为副缸吸液行程、S₄为副缸排液行程。

所述步骤(3)中，当电机运行状态为梯度脱洗状态时，预设主缸电机运行路径为正向匀加速段t_a1、正向缓慢匀加速段t_a2、正向匀减速段t_a3、反向匀加速段t_a4、反向缓慢匀加速段t_a5、反向匀减速段t_a6等六个长度已知时间段，对应的加速度值分别为k_a1、k_a2、k_a3、k_a4、k_a5、k_a6，副缸电机运行路径为反向匀加速段t_b1、反向缓慢匀加速段t_b2、反向匀减速段t_b3、正向匀加速段t_b4、正向缓慢匀加速段t_b5、正向匀减速段t_b6等六个长度已知时间段，对应的加速度值分别为k_b1、k_b2、k_b3、k_b4、k_b5、k_b6，其中，主缸电机、副缸电机加速度与时间关系函数表达式如下：

S₁＝0.5*k_a1*t_a1 ²+0.5*(2*k_a1*t_a1+k_a2*t_a2)*t_a2+0.5*(k_a1*t_a1+k_a2*t_a2)*t_a3＝L₀-S₀

S₂＝0.5*k_a4*t_a4 ²+k_a4*t_a4*t_a5+0.5*k_a4*t_a4*t_a6＝L₀

S₃＝0.5*k_b4*t_b4 ²+0.5*(2*k_b4*t_b4+k_b5*t_b5)*t_b5+0.5*(k_b4*t_b4+k_b5*t_b5)*t_b6＝0.5*L₀

S₄＝0.5*k_b1*t_b1 ²+k_b1*t_b1*t_b2+0.5*k_b1*t_b1*t_b3＝0.5*L₀

k_a1*t_a1 ²＝k_a3*t_a3 ²

k_a4*t_a4 ²＝k_a6*t_a6 ²

k_b1*t_b1 ²＝k_b3*t_b3 ²

k_b4*t_b4 ²＝k_b6*t_b6 ²

k_a2＝k_b5＝K

k_a5＝k_b2＝0

式中，S₁为主缸预压缩吸液行程、S₂为主缸预压缩排液行程、S₃为副缸吸液行程、S₄为副缸排液行程,K为脱洗时间设定参数，根据外界设定获取。

所述步骤(1)中，所述液相泵组组装包括CAN通讯控制器组装、液相泵组装、液相泵组指令中断设定、CAN控制进行指令生效时间设定；

所述液相泵组包括A泵元、B泵元，所述A泵元由A-PRI子泵、A-ACC子泵组成，B泵元由B-PRI子泵、B-ACC子泵组成，其中，PRI子泵为电机主缸，ACC子泵为电机副缸。

所述CAN通讯控制器包括A泵元通讯模块、B泵元通讯模块，所述A泵元模块为CAN1控制器、A-PRI子泵电机驱动器、A-ACC子泵电机驱动器、终端电阻串联，所述B泵元模块为CAN2控制器、B-PRI子泵电机驱动器、B-ACC子泵电机驱动器、终端电阻串联。

所述步骤(3)中，所述CAN控制进行指令生效时间为A泵元模块、B泵元模块中子泵电机驱动器发送生效指令的时间间隔，其中，若该时间间隔为1ms，则电机驱动时间精度为1ms。

所述步骤(3)中，CAN通讯控制器的通讯速率不大于1Mbit/s。

所述液相泵组指令中断时间设定为1ms。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明提供的一种基于在线补偿的多轴协同高精度液相泵控制方法，通过提出的不同状态下，电机转速随时间变化的函数表达式，通过执行段多轴电机的协同控制，将延迟时间控制于毫秒级，提高了液相泵运行流量精度，降低了脉动率，同时通过液相泵组压缩量在线补偿，保证了液相泵电机每一个周期运动特性都根据上一个周期运动结果进行实时在线调整，避免了电机位移不够导致的压力提升量低，能在适用流量范围及压力条件下更好的控制精度及脉动率。

附图说明

图1为发明提供的压缩量补偿算法流程图；

图2为发明提供的电机平流运行曲线示意图；

图3为发明提供的电机梯度脱洗运行曲线示意图；

具体实施方式

一种基于在线补偿的多轴协同高精度液相泵控制方法，通过对不同状态下的液相泵电机转速情况进行监测、计算，保证了液相泵的多轴控制协同性、流体可压缩下流量补偿及超高压密封，如图1所示，具体内容包括：

(1)对高精度超高压液相泵进行组装

高精度超高压液相泵由两组独立泵元组成，称之为A泵元、B泵元，二者又分别由两个子泵组成，分别称之为A-PRI子泵、A-ACC子泵，B-PRI子泵、B-ACC子泵。其中，A-PRI子泵即A泵元主泵，A-ACC子泵为A泵元副泵，B-PRI子泵即B泵元主泵，B-ACC子泵为B泵元副泵；以上所述子泵体分别由四个电机独立驱动控制，液力端为顺次串联连接。具体的，A-PRI、A-ACC相互协同动作，通过交替吸液与排液动作，实现A泵元恒定流量输出，B-PRI、B-ACC相互协同动作，通过交替吸液与排液动作，实现B泵元恒定流量输出。以上过程中吸液与排液过程的节拍动作精确性与协调性直接影响A、B泵元流量精度一致性大小与脉动率大小。同时，A、B泵元二者相互独立运行，若保证合成输出流量稳定或AB相液体融合比例恒定均需要使A、B泵元流量之间具有较高流量准确度；

(2)硬件数据采集处理与系统定时器控制功能触发的设定

主控制器设计采用基于ARM的嵌入式控制系统的LPC178x芯片开发，其内核CORTEX-M3具有极高的运算能力与中断响应能力，LPC178x外设配置为512KB闪存，4KBE²PROM，1个外界存储控制器，1个LCD控制器，1个以太网控制器，1个DMA控制器，1个USB接口，5个UART控制器，2个CAN控制器，1个SD卡接口，8个12位ADC，10位DAC，主控制器与外围信号采集设备相连，保证功能满足高速信号采集与数据处理要求。

逻辑触发采用系统节拍定时器，为协同控制算法逻辑触发提供毫秒级的间隔中断。

系统节拍定时器选取24位的倒计数定时器，当计数值累计减少到0时则产生中断。系统节拍定时器的时钟信号可分别由CPU和外部引脚STCLK提供。将指定的时间间隔装入STRELOAD保证在规定的时间点上产生中断(循环产生)。默认时间间隔保存在寄存器STCALIB中，通过软件修改该值保证需要的中断生成时间。

通过修改STCALIB中的数值将系统时钟周期设定为1ms，硬件实现上保证了整个控制系统中断程序在1ms之内执行完毕，多轴协同控制算法放在中断程序中执行，保证上述算法高速低延迟执行。

(3)通讯数据总线连接控制系统与执行机构

本控制方法主要解决多轴电机协同控制问题，采用高速数据交互链路设计、数据流控制，具备多轴协同控制能力，有效保证了各轴之间的同步性。结合系统硬件条件，采用控制局域网(CAN)协议控制方式，液相泵组CAN控制的通讯速率不大于1Mbit/s，用CAN分组控制驱动器方式。具体硬件连接方式为，控制器CAN1口控制A泵元，为A泵元模块，线路连接方式为：控制器CAN1口—1号电机驱动器—2号电机驱动器—终端电阻，1号电机驱动器对应子泵编号为A-PRI，2号电机驱动器对应子泵编号为A-ACC；控制器CAN2口控制B泵元，为B泵元模块，线路连接方式为：控制器CAN2口—3号电机驱动器—4号电机驱动器—终端电阻，3号电机驱动器对应子泵编号为B-PRI，4号电机驱动器对应子泵编号为B-ACC；CAN1与CAN2接口为控制器上相互独立硬件模块，保证彼此独立发送与接收CAN协议数据互不冲突干扰，以上所述设计有效减少控制回路中节点过多导致通讯信号干扰、指令延迟与不同步问题。

(4)多控制指令数据流同步预发送

由于在电机控制过程中，对于单轴电机需要发送多个指令才会触发电机运动生效，多轴电机串联顺次发送控制指令则会引发更大程度的控制延迟。提出数据流同步预发送指令控制方法，将多轴电机的写入参数指令采用同步预先发送，将多轴电机各自运动生效指令在指定时间点统一发送，保证在协同控制曲线特定时间点处生效新的运动轨迹，对于如上所述分组CAN控制，每组控制回路上有两个驱动器挂靠点，假定在T1ms处发送驱动器A-PRI生效指令，则A-ACC生效指令在(T1+1)ms时会被发送，如此保证了A-PRI与A-ACC同步运行时最多有1ms的时间延迟，同理适用于B-PRI与B-ACC驱动器。最大程度保证各轴驱动器在特定动作改变点与实际动作生效点之间的时间同步性，提升时间精度至1ms。

(5)电机运行曲线在线调整

电机控制方式采用标准CANOPEN总线DS-402协议控制方式，选择为位置模式控制方式，该控制闭环由电流、速度、位置三层控制闭环组成，其中位置闭环作为最外侧闭环控制，通过采集高精度绝对值编码器数值进行反馈，可以保证到达位置的优先控制；速度闭环属于内层闭环，负责对电机在达到指定位置的过程中稳定运行；电流环为最内层闭环，负责设定电机PID调节，从而控制电机转矩，达到快速动态响应。由于对电机运动过程动态补偿与自适应调节的要求，在泵元运动过程中加入驱动电机运动状态在线切换功能，若使电机到达某个指定位置，则需要依次对电机驱动器写入：参数使能—加速度—减速度—速度逼近趋势—最大运行速度—到达目标位置—参数更新生效等七个控制指令，可以保证电机按照特定加速、减速或者匀速曲线运行指定转数。如果电机在运行还未到达指定位置时，此时有到达新的位置的需求，需要再次依次写入上述控制指令，保证新的运动轨迹在当前位置生效，如此可实现电机运动在线不暂停切换。

具体的，电机运行状态变更可以在任意时间点处实现，将上述七条设置指令为一个控制周期，在只有在完成全部设置指令后，才会触发电机运行曲线在线变更，否则会等待新的完整控制周期触发操作，避免由于指令误触发或指令干扰丢失导致的运行轨迹失控。

以上所述方法保证电机运动状态随时可调，保证电机运行参数与轨迹在任意时间点处动态调整，具备不停机对运行轨迹更改的能力。

(6)电机协同运行曲线分析

主副双缸需要多个周期循环叠加方可实现平流状态或梯度脱洗状态运行。

为保证溶剂高可靠稳定流量的输出，需规划泵元中主副缸的动作次序。单一泵元由主、副双缸串联构成，主缸完成缸内液体输送前，副缸已开始动作，以保证不断流；副缸排液过程中，主缸已完成吸液与预压缩，预压缩的过程即为提前建立起系统压力，从而保证高压流量的连续性与压力稳定性。

液相泵通过主副双缸串联协同动作实现输液，构建速度平流与梯度运行数学曲线。这种曲线架构设计数学精确，伺服控制易实现，程序具有正负梯度适用性，建立速度、加速度约束条件，建立多变量关联约束方程。

主副双缸一次循环(主缸一个周期包括吸液+预压缩+排液、副缸一个周期包括吸液+排液)仅能实现较短时间的梯度混合，因此需要多个周期循环叠加方可实现平流或等斜率(等梯度)的上升(或下降)。

主副缸循环时，为保证速度矢量之和不为零，主缸相位始终超前副缸相位，根据速度矢量动态调整超前相位值，在相位与时间共同约束下对多元二次方程进行求解，虚根通过数值判据剔除，多根进行多次回归约束条件迭代后剔除，得到真值。

液相泵负载工作时，输出的溶剂处于高压状态，而吸入的溶剂为常压，从常压溶剂变为高压溶剂的过程中存在压力的变化，必然导致输出溶剂的压力波动，为了减少压力波动，在主缸吸液完成后，对溶剂进行前期的预压缩，为了使副缸的单向阀不出现误打开操作，预压缩使溶剂的压力值增加不应超过系统压力的80％。

S1、平流状态时电机转速周期变化分析如下：

液相泵每次输液前应完成一次机械零位对标，并进行平流运行，以保证液力端充满溶剂，首先保持主缸柱塞静止，副缸动作，完成半缸溶剂的吸液；然后副缸柱塞静止，主缸柱塞动作，吸满溶剂并完成预压缩，此位置即为泵元的有效工作点，最后，按照图1所示的运动规程实现溶剂的稳定输送。图中仅显示一个周期双缸动作的速度时间曲线，后续时间段为重复的周期动作，循环往复输出稳定流量。

柱塞全行程S＝L₀，柱塞做匀加、减速运动，主缸按满行程进行计算，副缸按全行程的50％(0.5L₀)进行计算。

当电机运行状态为平流状态时，预设主缸电机运行路径为正向匀加速段t_a1、正向匀速段t_a2、正向匀减速段t_a3、反向匀加速段t_a4、反向匀速段t_a5、反向匀减速段t_a6等六个长度已知时间段，对应的加速度值分别为k_a1、k_a2、k_a3、k_a4、k_a5、k_a6，副缸电机运行路径为反向匀加速段t_b1、反向匀速段t_b2、反向匀减速段t_b3、正向匀加速段t_b4、正向匀速段t_b5、正向匀减速段t_b6等六个长度已知时间段，对应的加速度值分别为k_b1、k_b2、k_b3、k_b4、k_b5、k_b6；

主缸电机、副缸电机加速度与时间关系函数表达式如下：

S₁＝0.5*k_a1*t_a1 ²+k_a1*t_a1*t_a2+0.5*k_a1*t_a1*t_a3＝L₀-S₀

S₂＝0.5*k_a4*t_a4 ²+k_a4*t_a4*t_a5+0.5*k_a4*t_a4*t_a6＝L₀

S₃＝0.5*k_b4*t_b4 ²+k_b4*t_b4*t_b5+0.5*k_b4*t_b4*t_b6＝0.5*L₀

S₄＝0.5*k_b1*t_b1 ²+k_b1*t_b1*t_b2+0.5*k_b1*t_b1*t_b3＝0.5*L₀

k_a1*t_a1 ²＝k_a3*t_a3 ²

k_a4*t_a4 ²＝k_a6*t_a6 ²

k_b1*t_b1 ²＝k_b3*t_b3 ²

k_b4*t_b4 ²＝k_b6*t_b6 ²

k_a2＝k_a5＝0

k_b2＝k_b5＝0

S2、梯度脱洗状态时电机转速周期变化分析如下：

液相泵完成两相溶剂混合所需的实际比例根据分析成分的不同而变化，因此，在实际混合过程中，两相溶剂各自以一固定增量的速率K输出溶剂，为保证两相和流量为一定值，故A相以正增量速率(K)增加，B相以负增量速率(-K)减小，如图2所示。

为满足该需求，故需对A、B泵的控制制定严格的同步控制程序，暂定A泵算法规程为正梯度增量的曲线，那么B泵即为相同绝对值的负梯度增量曲线，且A、B泵的时间起点均为同一时刻。

主副双缸多次循环合成一次梯度脱洗，一次梯度脱洗完成后进行二次梯度脱洗循环，两次梯度脱洗循环间的过渡衔接包含相位与速度的约束，再相邻周期间建立耦合关系，依据相位和压力脉动预估控制，计算逐次循环速度曲线方程，实现精准自动算法。

梯度脱洗循环过渡间的相位与速度采用平流进行过渡衔接，以保证在最短时间内使主、副缸到达梯度脱洗初始相位。

柱塞全行程S＝L₀，柱塞做匀加、减速运动，主缸按满行程进行计算，副缸按全行程的50％(0.5L₀)进行计算，K为梯度脱洗时间内速度增加速率。

当电机运行状态为梯度脱洗状态时，预设主缸电机运行路径为正向匀加速段t_a1、正向缓慢匀加速段t_a2、正向匀减速段t_a3、反向匀加速段t_a4、反向缓慢匀加速段t_a5、反向匀减速段t_a6等六个长度已知时间段，对应的加速度值分别为k_a1、k_a2、k_a3、k_a4、k_a5、k_a6，副缸电机运行路径为反向匀加速段t_b1、反向缓慢匀加速段t_b2、反向匀减速段t_b3、正向匀加速段t_b4、正向缓慢匀加速段t_b5、正向匀减速段t_b6等六个长度已知时间段，对应的加速度值分别为k_b1、k_b2、k_b3、k_b4、k_b5、k_b6。

主缸电机、副缸电机加速度与时间关系函数表达式如下：

S₂＝0.5*k_a4*t_a4 ²+k_a4*t_a4*t_a5+0.5*k_a4*t_a4*t_a6＝L₀

S₄＝0.5*k_b1*t_b1 ²+k_b1*t_b1*t_b2+0.5*k_b1*t_b1*t_b3＝0.5*L₀

k_a1*t_a1 ²＝k_a3*t_a3 ²

k_a4*t_a4 ²＝k_a6*t_a6 ²

k_b1*t_b1 ²＝k_b3*t_b3 ²

k_b4*t_b4 ²＝k_b6*t_b6 ²

k_a2＝k_b5＝K

k_a5＝k_b2＝0

(7)压缩系数动态补偿与数据流传输

液相泵组压缩量补偿的计算公式如下：

S₀＝β·ΔP·ΔV·π·R²

β为混合溶剂压缩系数，ΔP为管腔内压缩过程压力波动数值，ΔV为压缩过程速度波动数值，R为流路管半径。

考虑在不同介质混合比例、不同系统压力值条件下，液力端内液体表现出的整体压缩系数量不同，仅通过单一压缩系数补偿不可能适应全部工作段状态，需要根据不同状态进行参数校正，采用在线监测补偿以实现恒定流量的输出。压缩补偿采用在线识别，通过计算S₀获取预压缩量补偿，将计算的预压缩补偿量赋值给下一次循环所需的预压缩，从而实现在线识别与压缩量动态补偿。

具体试验设计操作为：

下位机以某段固定时间为采样周期进行当前泵元驱动电机运行速度、运行位置、液力端压力传感器数据等参数的反馈并传送至上位机。上位机控制系统接收到数据后，调用内部数据库，根据上述压缩量补偿计算公式，采用在线计算插补拟合算法，根据当前系统压力值与介质组成状况，动态获取压缩补偿系数与电机运行参数修正，随后写入下位机执行系统进行运动状态更新。如上所述动态补偿过程伴随整个系统运行过程。

为保证上述反馈与补偿过程的实现，需要建立液相泵控制系统上位机与下位机之间的快速数据交换，同时确保通讯稳定。采用数据流调制解调算法，提高了电机执行系统与上位机控制系统数据流交互的稳定性，使系统可以长时间稳定运行。

具体的，下位机生成系统运行状态信息生并经过高速串口传送给上位机，上位机将从数据库提取的数据打包后，生成数据流信息通过高速串口分时分段按需发送至下位机执行。数据流传输速率根据下位机泵体运行周期确定，每个周期按需获取，根据数据与信号反馈快速计算与快速更新，实现控制实时在线更新。

考虑传输过程中的信号干扰与指令发送冲突造成的信号传输丢失，软件中加入了确认性保护措施，考虑到指令发送极短间隔导致的驱动器响应性能不匹配与信号传输过程中的信号干扰造成的有效信号丢失，对此加入指令确认逻辑，每次对接收到的指令均会进行确认判断，通过关键字辨识确认指令是否接收正确。若正确则继续进行后续指令发送，若不正确则继续发送当前指令，直至接收到的指令正确为止。以上设计实现电机运行过程中最大程度的故障避免与电机运行稳定性。

下面结合具体实施例进行进一步说明：

一种基于在线补偿的多轴协同高精度液相泵实现方法，系统运行过程中AB相液体混合比例的变化，会导致色谱柱压变化，为保证流量合成曲线光滑性和浓度比例准确性，混合溶液压缩系数需动态调节。因此对整个工作过程必须实现信息流的传输快速性与准确性，以保证梯度过程浓度配比精确按设定方法稳定运行。

浓度比例变化反应在脉动率上，满足在一定压力下实现流量精度RSD≤0.06％，脉动率≤0.3MPa的指标要求，构建了12位高精度高分辨率位置码盘、步进电机、流路压力传感器、下位机主控系统、上位机数据库之间的高速信息流传输链路。

码盘信息采集为信号采集模块，编码器位置信息实时上传至下位机控制系统，数据流传输方式为高速CAN总线传输，平均指令长度为40字节，信息传输速率为1Mbps：

Tα＝1/((1×10^6)/8)×40＝0.32ms；

保证了当前码盘实时数据采集延迟时间在0.4ms以内。

压力传感器作为信号采集模块，与串联回路相连接，各自压力信息值需要顺次发送至下位机控制系统。压力值在系统运动过程中时刻瞬态变化，需要进行高速数据传输，以保证采集压力值的准确性。数据流传输方式为串口通讯方式，传输速率为115200bps，每个压力值信息为10字节，多个压力传感器传输时间为：

Tβ＝1/(115200/8)×10×4＝2.78ms；

保证多个压力传感器信息在3ms内全部采集进入下位机控制系统。

通过高速串口传输，波特率设置为115200bps，上下位机交互数据平均为50字节，因此每次交互时间为：

T＝1/(115200/8)×50＝3.47ms；

最大程度保证了时间上的精确度控制在4ms之内。

因此，整个信息流数据在总线上传输周期为

MAX(0.32，2.78)+3.74×2＝10.26ms；

主缸与副缸共同工作周期在600ms，副缸单独工作周期1.2～4s,补偿系数在最苛刻恒流输送中，每一周期平均补偿3次可以满足脉动率0.3MPa内，根据系统当前运行不同的状态进行运行曲线与压缩系数选择，如图2、图3所示。整个控制链路联动，10ms数据流更新周期保证了整个执行过程的快速性与精确性，控制脉动率即控制两相混合质量比例(浓度比例)为超高效分析提供保证。

项目任务书指标中提出系统流量精度RSD＝0.06％，脉动率为0.3MPa，系统运行最高压力为120MPa。

实验最终验证在设定为0.5mL/min的流量下进行，色谱分析柱工作压力70MPa。实测流量精度一致性RSD＝0.04％，脉动率0.223MPa。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims

1.一种基于在线补偿的多轴协同高精度液相泵控制方法，其特征在于步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种基于在线补偿的多轴协同高精度液相泵控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，液相泵组压缩补偿量S₀的计算公式如下：

S₀＝β·ΔP·ΔV·π·R²

3.根据权利要求2所述的一种基于在线补偿的多轴协同高精度液相泵控制方法，其特征在于：

S₁＝0.5*k_a1*t_a1 ²+k_a1*t_a1*t_a2+0.5*k_a1*t_a1*t_a3＝L₀-S₀

S₂＝0.5*k_a4*t_a4 ²+k_a4*t_a4*t_a5+0.5*k_a4*t_a4*t_a6＝L₀

S₃＝0.5*k_b4*t_b4 ²+k_b4*t_b4*t_b5+0.5*k_b4*t_b4*t_b6＝0.5*L₀

S₄＝0.5*k_b1*t_b1 ²+k_b1*t_b1*t_b2+0.5*k_b1*t_b1*t_b3＝0.5*L₀

k_a1*t_a1 ²＝k_a3*t_a3 ²

k_a4*t_a4 ²＝k_a6*t_a6 ²

k_b1*t_b1 ²＝k_b3*t_b3 ²

k_b4*t_b4 ²＝k_b6*t_b6 ²

k_a2＝k_a5＝0

k_b2＝k_b5＝0

4.根据权利要求2所述的一种基于在线补偿的多轴协同高精度液相泵控制方法，其特征在于：

S₂＝0.5*k_a4*t_a4 ²+k_a4*t_a4*t_a5+0.5*k_a4*t_a4*t_a6＝L₀

S₄＝0.5*k_b1*t_b1 ²+k_b1*t_b1*t_b2+0.5*k_b1*t_b1*t_b3＝0.5*L₀

k_a1*t_a1 ²＝k_a3*t_a3 ²

k_a4*t_a4 ²＝k_a6*t_a6 ²

k_b1*t_b1 ²＝k_b3*t_b3 ²

k_b4*t_b4 ²＝k_b6*t_b6 ²

k_a2＝k_b5＝K

k_a5＝k_b2＝0

5.根据权利要求1所述的一种基于在线补偿的多轴协同高精度液相泵控制方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的一种基于在线补偿的多轴协同高精度液相泵控制方法，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的一种基于在线补偿的多轴协同高精度液相泵控制方法，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的一种基于在线补偿的多轴协同高精度液相泵控制方法，其特征在于：

所述步骤(3)中，CAN通讯控制器的通讯速率不大于1Mbit/s。

9.根据权利要求5所述的一种基于在线补偿的多轴协同高精度液相泵控制方法，其特征在于：

所述液相泵组指令中断时间设定为1ms。