CN111077923B

CN111077923B - 一种机载燃爆装置的供气系统及其控制方法

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Publication number: CN111077923B
Application number: CN201911371807.5A
Authority: CN
Inventors: 樊继壮; 王奕; 闫旭; 戚家铭; 高峰
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2021-09-03
Anticipated expiration: 2039-12-26
Also published as: CN111077923A

Abstract

一种机载燃爆装置的供气系统及其控制方法，属于燃爆机器人技术领域。本发明解决了现有机载燃气发生装置使用时存在燃料和助燃气体通入到燃爆容腔中的比例控制准确性差，且燃料和助燃气体供应存在与燃爆容腔的需求量不适应的问题，本发明采用三氢化铝加热分解装置和高锰酸钾加热分解装置获取机载燃爆容腔需要的氧气的量，利用主控制器采用优化的PID控制算法控制三氢化铝加热分解装置和高锰酸钾加热分解装置的加热功率，并利用中间容腔对所需要的气体进行提前存储，通过气泵将气体抽如燃爆容腔，当燃爆容腔内的气体达到所需量，停止供气。本发明适用于为燃爆容腔供气使用。

Description

一种机载燃爆装置的供气系统及其控制方法

技术领域

本发明属于燃爆机器人技术领域。

背景技术

机载燃爆气体发生装置是一种高度集成化的小型气体发生装置，用于燃爆机器人的燃料和助燃剂气体的发生与混合，气体发生装置可以直接集成到燃爆机器人的本体中，可以按照所需的燃料氢气和助燃剂氧气的体积、比例提供机器人燃爆反应所需要的混合气体。但是现有的燃爆气体发生装置在使用时存在燃料和助燃气体通入到燃爆容腔中的比例控制准确性差，且燃料和助燃气体供应存在与燃爆容腔的需求量不适应的问题。

发明内容

本发明目的是为了解决现有机载燃气发生装置使用时存在燃料和助燃气体通入到燃爆容腔中的比例控制准确性差，且燃料和助燃气体供应存在与燃爆容腔的需求量不适应的问题，提出了一种机载燃爆装置的供气系统及其控制方法。

本发明所述一种机载燃爆装置的供气系统，包括三氢化铝加热分解装置1、第一热敏电阻2、第二热敏电阻3、高锰酸钾加热分解装置4、第一电磁阀7、主控制器8、第二电磁阀9、中间容腔10、第三电磁阀11、气泵12和燃爆容腔13；

三氢化铝加热分解装置1用于采用加热的方式对三氢化铝进行分解，获取氢气；

三氢化铝加热分解装置1产生的氢气通过导气管与中间容腔10的一个进气口连通；

高锰酸钾加热分解装置4用于采用加热的方式对高锰酸钾进行分解，获取氧气；

高锰酸钾加热分解装置4产生的氧气通过导气管与中间容腔10的另一个进气口连通；

中间容腔10的出气口通过导气管与气泵12的进气口连通，气泵12的出气口通过导气管与燃爆容腔13连通；中间容腔10与气泵12之间设有第三电磁阀11；

三氢化铝加热分解装置1与中间容腔10之间设有第一电磁阀7；

高锰酸钾加热分解装置4与中间容腔10之间设有第二电磁阀9；

三氢化铝加热分解装置1的加热控制信号输入端连接主控制器8的一个加热控制信号输出端；

高锰酸钾加热分解装置4的加热控制信号输入端连接主控制器8的另一个加热控制信号输出端；

第一热敏电阻2用于实时采集三氢化铝加热分解装置1内的温度信号，并将采集的温度信号发送至主控制器8，所述主控制器8利用三氢化铝加热分解装置1内的实时温度信号、燃爆容腔对氢气的需求量与产生的氢气的量，采用优化的PID控制算法实现对三氢化铝加热分解装置1进行加热控制；

第二热敏电阻3用于实时采集高锰酸钾加热分解装置4内的温度信号，并将采集的温度信号发送至主控制器8，所述主控制器8利用高锰酸钾加热分解装置4内的实时温度信号、燃爆容腔对氧气的需求量与产生的氧气的量，采用优化的PID控制算法实现对高锰酸钾加热分解装置4进行加热控制。

进一步地，还包括第一气压传感器(5)、第二气压传感器(6)和第三气体传感器(14)；

第一气压传感器(5)用于采集三氢化铝加热分解装置1内的氢气压强信号，并将采集的压强信号发送至主控制器8；

第二气压传感器(6)用于采集高锰酸钾加热分解装置4内的氧气压强信号，并将采集的压强信号发送至主控制器8；

第三气体传感器(14)用于采集中间容腔10内混合气体的压强信号，并将采集的压强信号发送至主控制器8。

进一步地，主控制器8采用的优化的PID控制算法的优化过程为：

步骤A1、利用PID控制规律公式；获取控制器的温度控制输出量电压信号u(t)；

PID控制规律公式：

式中：偏差值e(t)＝r(t)-y(t)，作为控制器的温度控制的输入信号，其中r(t)为系统的设定温度，y(t)为加热装置的当前温度；K_p为比例系数；T_I为积分时间常数；T_D为微分时间常数；t为时间；

步骤A2、利用向后查分的方法近似替代微分，获取PID控制算法的离散化形式；

利用公式：

对偏差值进行离散，k为采样的序号，k＝0,1,2…i,…，T为采样周期，e(k)、e(k-1)分别为采样时刻k和k-1时刻的输入偏差值；

用矩形面积求和的方法近似替代式(1)中的积分作用，即：

式(3)改写为查分方程的形式，获取PID控制算法的离散化形式：

其中，u(k)为PID控制器在采样时刻k的输出值；

步骤A3、采用变速积分法给加热装置的实际温度与系统的设定温度的偏差增加一个系数，实时调节积分项的累加速度，完成PID控制算法的优化。

采用变速积分法给加热装置的实际温度与系统的设定温度的偏差增加的系数f[e(k)]为：

式中，A、B为变速积分法的参数；

实际温度与系统输入的偏差e(k)与增加的系数f[e(k)]相乘，获取PID控制器在采样时刻k的输出值u_i(k)：

进一步地，主控制器8采用型号为ESP32的单片机实现。

进一步地，第一热敏电阻2和第二热敏电阻3采用NTC型热敏电阻实现。

机载燃爆装置供气系统的控制方法，该方法具体包括：

步骤一、控制三氢化铝加热分解装置1和高锰酸钾加热分解装置4进行加热；

步骤二、控制气泵12和第三电磁阀11开启，使中间容腔10内产生负压；

步骤三、关闭第三电磁阀11，记录中间容腔10内的压力值P1，控制第一电磁阀7打开，直至中间容腔10内的气压稳定，关闭第一电磁阀7；记录中间容腔10内的压力值P2；

步骤四、根据压力值P1和P2，利用克拉柏龙方程计算出中间容腔10冲入氢气的量；

步骤五、判断充入氢气的量是否满足燃爆容腔13燃爆所需的氢气的量；若充入氢气的量不满足燃爆容腔13燃爆所需的氢气的量，返回执行步骤二，直至充入氢气的量达到燃爆容腔13燃爆所需的氢气的量，控制三氢化铝加热分解装置1停止加热；执行步骤六；

步骤六、控制第三电磁阀11开启，使中间容腔10内产生负压；关闭第三电磁阀11，记录中间容腔10内的压力值P3；

步骤七、控制第二电磁阀9打开，直至中间容腔10内的气压稳定，关闭第二电磁阀9；记录中间容腔10内的压力值P4；

步骤八、根据压力值P3和P4，利用克拉柏龙方程计算出中间容腔10冲入氧气的量；

步骤九、判断充入氧气的量是否满足燃爆容腔13燃爆所需的氧气的量；若充入氧气的量不满足燃爆容腔13燃爆所需的氧气的量，返回执行步骤五；直至充入氧气的量达到燃爆容腔13燃爆所需的氧气的量，控制高锰酸钾加热分解装置4停止加热；完成一次燃爆容腔13充气。

本发明采用三氢化铝加热分解装置1和高锰酸钾加热分解装置4获取机载燃爆容腔13需要的氧气的量，利用主控制器采用优化的PID控制算法控制三氢化铝加热分解装置1和高锰酸钾加热分解装置4的加热功率，并利用中间容腔对所需要的气体进行提前存储，通过气泵将气体抽如燃爆容腔13，当燃爆容腔13内的气体达到所需量，停止供气，实现对机载燃爆气体发生装置供气。

附图说明

图1是本发明所述一种机载燃爆装置的供气系统的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种机载燃爆装置的供气系统，包括三氢化铝加热分解装置1、第一热敏电阻2、第二热敏电阻3、高锰酸钾加热分解装置4、第一电磁阀7、主控制器8、第二电磁阀9、中间容腔10、第三电磁阀11、气泵12和燃爆容腔13；

三氢化铝加热分解装置1与中间容腔10之间设有第一电磁阀7；

高锰酸钾加热分解装置4与中间容腔10之间设有第二电磁阀9；

本实施方式所述的气体发生装置的供气系统包括两个独立的气体发生装置，一个中间容腔，三个二位二通电磁阀和三个气压传感器，氢气和氧气分别在各自的腔中加热产生，并通过气压传感器检测两个气体发生装置和中间容腔的气压。主控制器可控制气泵将气体从两个气体发生装置抽向气体燃爆容腔，通过电磁阀控制气路的通断。

进一步地，主控制器8采用型号为ESP32的单片机实现。

本实施方式所述的主控制器8选用型号为ESP32的单片机，集成了两个逐次逼近A/D转换模块，最高支持12位精度，支持总共18个测量通道。ESP32单片机的ADC驱动支持ADC1和ADC2。由于单片机的ADC2与具有更高优先级的WIFI模块共享驱动，因此，应用程序只能在Wi-Fi驱动程序未启动时使用ADC2。单片机的与上位机的通讯使用了Wi-Fi连接，因此只能选择使用ADC1。

A/D转换模块可以设置特定通道的信号衰减幅度。ADC的默认满量程电压为1.1V。要读取更高的电压，需要设置更高的衰减幅度。单片机的ADC最高支持11dB的衰减，此时对应的满量程电压理论应为：

U_max＝10^(ΔL/20)·U₀＝3.9V

式中，ΔL为AD转换通道的衰减幅度，取11dB。U₀为ADC的默认满量程电压。

满量程电压对应于ADC最大读数对应的电压，取决于ADC的设置精度。单片机的ADC最高支持12位精度。即最大读数为：

AD_max＝2¹²-1＝4095

当ADC的输入电压为3.3V时，此时AD转换的读数为4095。即ADC读数与采集的电压的对应关系为：

U＝AD×U_max/4095

上述公式假设ADC转换在理想条件下，ADC读数与采集的电压为线性对应关系。

ESP32单片机的ADC参考电压为1100Mv，但由于生产误差，不同单片机之间的真实参考电压选择一定的差异，其范围为1000mV至1200mV。

ESP32单片机的数据滤波作用：

ESP32单片机对噪声敏感，导致ADC读数出现较大的差异，为了最大限度地降低噪声，可以在ADC的输入引进增加一个0.1uf的滤波电容，以尽可能的减小电子线路干扰的影响。

对于上述情况中作用时间较短的干扰，可以通过算数平均滤波的方法。也就是采用连续多次采样，然后求平均值的办法予以滤波。算术平均滤波适合参数变化缓慢的过程，对强脉冲干扰和小随机干扰较为有效。其算法公式为：

其中，y(k)为第k次的滤波器输出值，x(k_i)为第k次滤波输入值，n为采样值个数。

ESP32单片机的温度数据换算：

NTC型热敏电阻的阻值随着温度的升高而减小，温度检测电路选用的热敏电阻的常温25℃下的阻值为47K，工作范围在-55℃～300℃内，其材料常数B值为4250，热敏电阻阻值与被测温度的换算关系可以由Steinhart-Hart公式计算得出：

式中，R_t是热敏电阻在当前温度T₁下的阻值；R是热敏电阻在常温T₂下的标称阻值，即47K；T₁和T₂指的是K度，即开尔文温度，B为热敏电阻的材料常数，大小为4250。

热敏电阻和定值电阻采用串联分压的方式接入电路，A/D转换模块采集热敏电阻和定值电阻中间的电压，根据两种电阻的连接顺序，采集电压的大小为：

式中，V_in为ADC得出的采集电压大小，V_ref是参考电平，为3.3V，R_k为定值电阻阻值，选择大小为1K，R_t为热敏电阻当前阻值。

本实施方式所述三氢化铝加热分解装置1和高锰酸钾加热分解装置4内的温度信号均是非电量的信号，如果想测量温度信号，必须将非电量信号转化为可以方便处理的电信号。温度传感器的主要功能就是将温度这一非电量的信号，依据其自身材料的特性，转换为电信号，热敏电阻是一种用半导体材料制作成的敏感元件，热敏电阻是电阻值会随着温度的热敏器件，气与一般的定值电阻不同，是属于可变电阻的一种，并广泛地应用于各类元件当中。热敏电阻分文正温度系数热敏电阻PTC，和负温度系数热敏电阻NTC，前者电阻阻值随温度的升高而变大，后者的阻值随温度的升高而减小。负温度系数热敏电阻NTC工作在很高的温度的范围内，一般在-55℃～300℃，其电阻的阻值随温度变化是按指数规律变化的。

相比于其他类型的温度传感器，负温度系数热敏电阻NTC的温度系数大、灵敏度高，并且结构简单、体积小，非常适合于装置的小型化设计。另外，NTC热敏电阻的热惯性小，电阻率高，适用于动态测量。其缺点是非线性严重，但是可以通过算法的优化加以解决。因此选用NTC型热敏电阻作为加热装置的温度传感器。

热敏电阻用于温度检测，就是精确地获取热敏在温度变化时的阻值变化。通过外加作用于热敏电阻的电源，把热敏电阻的阻值变化转变比较容易测量的电压变化，再通过单片机微控制器自带的AD转换模块进行采集，不仅测量进度高，而且硬件设计简单，成本较低。

加热装置的温度检测电路由温度传感器、分压电路、A/D转换模块和单片机控制器三个部分组成。选用的热敏电阻。将热敏电阻与一个定值电阻串联接入到电路中，当温度变化时，通过采集热敏电阻两端的电压，并通过单片机的A/D模块将其转化为数字量，进而换算得出温度的数值。

PID控制规律公式：

利用公式：

用矩形面积求和的方法近似替代式(1)中的积分作用，即：

其中，u(k)为PID控制器在采样时刻k的输出信号；

式中，A、B为变速积分法的参数；实际温度与系统输入的偏差e(k)与增加的系数f[e(k)]相乘，获取PID控制器在采样时刻k的输出值u_i(k)：

本实施方式所述的三氢化铝加热分解装置1和高锰酸钾加热分解装置4均采用电阻加热装置实现，所述电阻加热装置是热处理的生产中应用范围最广的加热装置，其原理是电流通过电阻式发热元件产生热量，进而使温度升高。对于一般的电阻加热装置，其数学模型可以用一阶微分方程描述为：

式中：Y为电阻加热装置内的温度；T为加热系统的时间常数；K₀为放大倍数系数；V为控制电压；t为加热时间；τ纯滞后时间。

如果设定控制器输出为u，而u正比于V²，即Ku＝K₀V²，对所述一阶微分方程作拉氏变换，可得：

TsY(s)+Y(s)＝KU(s)e-^τs

所以可得系统传递函数为：

故电阻加热装置的系统传递函数由一阶惯性环节和一个纯滞后环节组成，其中K为静态增益。

加热装置在工作时，会有一个设定的工作温度。在工作温度附近的小范围内，加热装置可以近似为线性系统。因此在建立系统模型时，为了计算方便，可以把加热装置温控系统看成是一个线性系统。

针对线性系统的控制方法，比例、积分、微分控制算法，即PID控制算法是最成熟的、应用最广泛的控制算法。其控制算法的结构灵活，在常规的PID控制算法的基础上，可以根据系统应用的实际要求，对其算法结构进行变型，如PI控制算法、PD控制算法，以及改进的PID控制算法等。

PID控制算法不需要求出数学模型，在计算机控制系统中，对于系统时间常数比较大的被控对象来说，离散化数字PID控制方法应用更加灵活，实用性更强，非常适合本发明所述系统的控制。

在PID调节中，比例控制能迅速地对误差做出反应，从而减小误差，增大比例系数K_p，可以加快系统的响应速度，并且在存在静态误差的系统中有助于减小系统的静态误差，但比例控制不能从根本上消除稳态误差，而且过大的K_p会使系统产生超调，并且产生振荡，或者使系统的振荡次数增加，从而引起系统的不稳定，若比例系数K_p选的过小，又会似的系统的作用缓慢，调节时间变长。

积分控制通常与比例控制或者微分控制一同联合使用，构成PI控制或者PID控制。引入积分控制的作用是消除系统的静态误差，当系统存在误差时，积分控制作用会不断地将偏差积累，输出控制量，直到消除误差，因此，当时间控制作用时间足够使，积分控制能够完全消除控制的偏差。增大积分时间常数有利于减小系统的超调量，并减少系统的振荡，从而使系统更加稳定，但会延长系统消除静态误差的时间。积分作用太强会降低系统的稳定性，使得控制系统超调加大，增加系统的振荡次数。

微分控制和积分控制一样，一般和比例控制或积分控制联合使用，构成PD控制或者PID控制。微分控制可以使减小超调量，克服振荡，从而提高系统的稳定性。微分控制也能加快控制系统的动态响应速度，以减小系统的调整时间，改善系统的动态性能。

将比例、积分、微分三种控制方法结合在一起，构成PID控制，可以使控制系统既快速敏捷，又平稳准确。只要PID的系数配置合理，强度配合适当，便可获得满意的控制效果。PID控制规律的形式为：

式中：e(t)＝r(t)-y(t)称为偏差值，可作为温度PID控制器的输入信号，其中r(t)为系统的设定温度，y(t)为加热装置的当前温度；K_p为比例系数；T_I为积分时间常数；T_D为微分时间常数；u(t)为PID控制器的输出量，是控制电压信号。

计算机只能处理离散的数字信号，为了用计算机实现PID控制算法，必须将上述连续形式的数字方程式加以变换，离散化成差分方程的形式。因此，设采样周期为T，k＝0,1,2…i,…为采样的序号，第k次采样得到的输入偏差记为e(k)，PID控制器的输出为u(k)。

用向后查分的方法近似替代微分作用，即

用矩形面积求和的方法近似替代式中的积分作用，即

这样，上式便可改写为如下查分方程的形式：

其中，u(k)为PID控制器在采样时刻k的输出值；e(k)、e(k-1)分别为采样时刻k和k-1时刻的偏差值。式(2-3)的输出量u(k)是全量值输出，每次的输出值都对应于被控执行机构每次采样时刻应达到的位置，所以称之为位置型PID算法。式(2-3)即为PID控制算法的离散化形式。

电阻加热装置温度控制系统由于控制对象的温度变化较为缓慢，系统的输出不可能马上跟踪上系统的输入的变化。从初始温度到达设定温度的过程时间较长，在此期间偏差较大，而且会一直存在，因此控制器积分项累积了一个非常大的偏差之和，只要温度控制系统的当前温度值还没有达到设定的温度值，控制器的积分作用就会保持增加或者较小，是温度控制系统的PID控制器的输出量向两个极端的方向变化，严重影响了系统的稳定性。为此，需要对PID控制算法的积分项进行合理的改进与优化。

采用变速积分法对电阻加热装置温度系统PID控制器的积分项进行优化。在标准的PID控制算法中，积分项的系数在整个算法调节过程中是保持不变的。变速积分法的主要思想是根据当前采集到的加热装置的实际温度与设定的温度的偏差大小，实时调节积分项的累加速度，偏差越大时，积分项的累积越慢，以防止积分项的作用过大造成系统的超调、振荡等，偏差越小时，积分项的累积速度越快，从而快速的消除加热控制系统的警惕误差。

变速积分法给加热装置的实际温度与设定的温度的偏差增加的另一个系数，是偏差e(k)的函数，设为f[e(k)]，其大小为：

式中，A、B为变速积分法的参数。

在积分项的每次累积之前，将实际温度与设定的温度的偏差e(k)与系数f[e(k)]相乘，之后在进行积分项的累加，即积分项的计算公式为：

式中，u_i(k)为PID控制器在采样时刻k的输出值u(k)中的积分项部分。

相比标准的PID控制算法，引入变速积分法后的PID算法避免了电阻加热装置在达到设定温度之前，由于系统温度变化较慢，长时间未达到设定的温度是偏差项的一直积累，从而消除了积分项的饱和现象，从而大大地减小了温度控制系统因积分项过大而超调量，使温度控制系统更加容易稳定。

引入变速积分项的PID控制算法，适应能力更强，尤其是在类似于加热装置这一类系统变化缓慢，惯性较大，存在较长延时环节的控制系统中，适用性远远好于标准的PID控制算法。另外变速积分项的两个参数A、B要求不精确，因此整定也比较容易。

进一步地，主控制器8采用型号为ESP32的单片机实现。

机载燃爆装置供气系统的控制方法，该方法具体包括：

本发明所述的主控制器控制三氢化铝加热分解装置和高锰酸钾加热分解装置加热生成氢气和氧气，通过第一气压传感器和第一气压传感器实时监测各个加热分解装置内的气压，确保生成足够量的气体；

开启单向的气泵，并使其一直保持运行状态。关闭第一电磁阀和第一电磁阀，打开第三电磁阀，通过气泵的不断抽气，使混合气体容腔变为负压状态，并通过第三气压传感器读取混合气体容腔的气压；当混合气体容腔内的负压达到压力阈值，控制第三电磁阀关闭，打开第二电磁阀，此时由于混合气体容腔处于负压的状态，而高锰酸钾加热分解装置由于产生了氧气，腔内处于高压的状态，当两个装置之间的第二电磁阀打开后，氧气会因为两个装置之间的压差，从高锰酸钾分解装置进入到混合气体容腔内，通过第三气压传感器实时监测混合气体容腔的气压，进而控制氧气量的多少。

同理，用相同的方法控制氢气进入混合气体燃爆容腔。关闭第二电磁阀，打开第一电磁阀，氢气通过三氢化铝加热分解装置和混合气体容腔的压力差，进入到混合气体容腔，根据氢气进入前后混合气体容腔的气压差，从而控制进入混合气体容腔的氢气气体。

由于中间容腔处于负压状态，三氢化铝加热分解容腔内的氢气会进入中间容腔，关闭第一电磁阀，此时得到中间容腔的气压值P1。打开第三电磁阀一段时间，进行抽气，将中间容腔的气体抽入燃爆腔，关闭第三电磁阀，此时得到中间容腔的气压值P2。将两个气压相减得到两次的气压差，通过克拉柏龙方程带入中间容腔的容积就能得到进入燃爆腔的气体体积。通过此办法控制输出的气体的体积。

机载燃爆气体发生装置是一种高度集成化的小型气体发生装置，用于燃爆机器人的燃料和助燃剂气体的发生与混合，气体发生装置可以直接集成到燃爆机器人的本体中，可以按照所需的燃料氢气和助燃剂氧气的体积、比例提供机器人燃爆反应所需要的混合气体。

机载燃爆气体发生装置集成了两个小型化电阻加热装置，分别用于燃料氢气和助燃剂氧气的发生。出了电阻加热装置外，机载燃爆气体发生装置另外也包含了供气气路系统，可以控制输出到软体燃爆容腔的氢气和氧气的体积和配比。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims

1.一种机载燃爆装置的供气系统，其特征在于，包括三氢化铝加热分解装置(1)、第一热敏电阻(2)、第二热敏电阻(3)、高锰酸钾加热分解装置(4)、第一电磁阀(7)、主控制器(8)、第二电磁阀(9)、中间容腔(10)、第三电磁阀(11)、气泵(12)和燃爆容腔(13)；

三氢化铝加热分解装置(1)用于采用加热的方式对三氢化铝进行分解，获取氢气；

三氢化铝加热分解装置(1)产生的氢气通过导气管与中间容腔(10)的一个进气口连通；

高锰酸钾加热分解装置(4)用于采用加热的方式对高锰酸钾进行分解，获取氧气；

高锰酸钾加热分解装置(4)产生的氧气通过导气管与中间容腔(10)的另一个进气口连通；

中间容腔(10)的出气口通过导气管与气泵(12)的进气口连通，气泵(12)的出气口通过导气管与燃爆容腔(13)连通；中间容腔(10)与气泵(12)之间设有第三电磁阀(11)；

三氢化铝加热分解装置(1)与中间容腔(10)之间设有第一电磁阀(7)；

高锰酸钾加热分解装置(4)与中间容腔(10)之间设有第二电磁阀(9)；

三氢化铝加热分解装置(1)的加热控制信号输入端连接主控制器(8)的一个加热控制信号输出端；

高锰酸钾加热分解装置(4)的加热控制信号输入端连接主控制器(8)的另一个加热控制信号输出端；

第一热敏电阻(2)用于实时采集三氢化铝加热分解装置(1)内的温度信号，并将采集的温度信号发送至主控制器(8)，所述主控制器(8)利用三氢化铝加热分解装置(1)内的实时温度信号、燃爆容腔对氢气的需求量与产生的氢气的量，采用优化的PID控制算法实现对三氢化铝加热分解装置(1)进行加热控制；

第二热敏电阻(3)用于实时采集高锰酸钾加热分解装置(4)内的温度信号，并将采集的温度信号发送至主控制器(8)，所述主控制器(8)利用高锰酸钾加热分解装置(4)内的实时温度信号、燃爆容腔对氧气的需求量与产生的氧气的量，采用优化的PID控制算法实现对高锰酸钾加热分解装置(4)进行加热控制；

主控制器(8)采用的优化的PID控制算法的优化过程为：

2.根据权利要求1所述一种机载燃爆装置的供气系统，其特征在于，还包括第一气压传感器(5)、第二气压传感器(6)和第三气体传感器(14)；

第一气压传感器(5)用于采集三氢化铝加热分解装置(1)内的氢气压强信号，并将采集的压强信号发送至主控制器(8)；

第二气压传感器(6)用于采集高锰酸钾加热分解装置(4)内的氧气压强信号，并将采集的压强信号发送至主控制器(8)；

第三气体传感器(14)用于采集中间容腔(10)内混合气体的压强信号，并将采集的压强信号发送至主控制器(8)。

3.根据权利要求1所述一种机载燃爆装置的供气系统，其特征在于，步骤A1所述利用PID控制规律公式；获取控制器的温度控制输出量电压信号u(t)的具体方法为：

PID控制规律公式：

式中：偏差值e(t)＝r(t)-y(t)，作为控制器的温度控制的输入信号，其中r(t)为系统的设定温度，y(t)为加热装置的当前温度；K_p为比例系数；T_I为积分时间常数；T_D为微分时间常数；t为时间。

4.根据权利要求3所述一种机载燃爆装置的供气系统，其特征在于，步骤A2所述利用向后查分的方法近似替代微分，获取PID控制算法的离散化形式为；

利用公式：

用矩形面积求和的方法近似替代式(1)中的积分作用，即：

其中，u(k)为PID控制器在采样时刻k的输出信号。

5.根据权利要求3所述一种机载燃爆装置的供气系统，其特征在于，步骤A3所述采用变速积分法给加热装置的实际温度与系统的设定温度的偏差增加一个系数，实时调节积分项的累加速度，完成PID控制算法的优化的方法为：

式中，A、B为变速积分法的参数；

。

6.根据权利要求1所述一种机载燃爆装置的供气系统，其特征在于，主控制器(8)采用型号为ESP32的单片机实现。

7.根据权利要求1所述一种机载燃爆装置的供气系统，其特征在于，第一热敏电阻(2)和第二热敏电阻(3)采用NTC型热敏电阻实现。

8.机载燃爆装置供气系统的控制方法，其特征在于，该方法具体包括：

步骤一、控制三氢化铝加热分解装置(1)和高锰酸钾加热分解装置(4)进行加热；

步骤二、控制气泵(12)和第三电磁阀(11)开启，使中间容腔(10)内产生负压；

步骤三、关闭第三电磁阀(11)，记录中间容腔(10)内的压力值P1，控制第一电磁阀(7)打开，直至中间容腔(10)内的气压稳定，关闭第一电磁阀(7)；记录中间容腔(10)内的压力值P2；

步骤四、根据压力值P1和P2，利用克拉柏龙方程计算出中间容腔(10)冲入氢气的量；

步骤五、判断充入氢气的量是否满足燃爆容腔(13)燃爆所需的氢气的量；若充入氢气的量不满足燃爆容腔(13)燃爆所需的氢气的量，返回执行步骤二，直至充入氢气的量达到燃爆容腔(13)燃爆所需的氢气的量，控制三氢化铝加热分解装置(1)停止加热；执行步骤六；

步骤六、控制第三电磁阀(11)开启，使中间容腔(10)内产生负压；关闭第三电磁阀(11)，记录中间容腔(10)内的压力值P3；

步骤七、控制第二电磁阀(9)打开，直至中间容腔(10)内的气压稳定，关闭第二电磁阀(9)；记录中间容腔(10)内的压力值P4；

步骤八、根据压力值P3和P4，利用克拉柏龙方程计算出中间容腔(10)冲入氧气的量；

步骤九、判断充入氧气的量是否满足燃爆容腔(13)燃爆所需的氧气的量；若充入氧气的量不满足燃爆容腔(13)燃爆所需的氧气的量，返回执行步骤五；直至充入氧气的量达到燃爆容腔(13)燃爆所需的氧气的量，控制高锰酸钾加热分解装置(4)停止加热，同时控制气泵(12)和第三电磁阀(11)关闭；完成一次燃爆容腔(13)充气。