CN112764437A - 基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法 - Google Patents

基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112764437A
CN112764437A CN202011605940.5A CN202011605940A CN112764437A CN 112764437 A CN112764437 A CN 112764437A CN 202011605940 A CN202011605940 A CN 202011605940A CN 112764437 A CN112764437 A CN 112764437A
Authority
CN
China
Prior art keywords
valve
air flow
opening
pneumatic regulating
critical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011605940.5A
Other languages
English (en)
Inventor
郭洪业
张海洲
李俊杰
王伟丽
史向前
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Power Machinery Institute
Original Assignee
Beijing Power Machinery Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Power Machinery Institute filed Critical Beijing Power Machinery Institute
Priority to CN202011605940.5A priority Critical patent/CN112764437A/zh
Publication of CN112764437A publication Critical patent/CN112764437A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D7/00—Control of flow
    • G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
    • G05D7/0617—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials
    • G05D7/0629—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means
    • G05D7/0635—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means
    • G05D7/0641—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means using a plurality of throttling means
    • G05D7/0652—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means using a plurality of throttling means the plurality of throttling means being arranged in parallel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法，具体步骤如下：建立所述气动调节阀所在管路的控制模型；将通过临界喷管的空气流量调节转化为对临界喷管内的空气压力调节，进而转化为对临界喷管前的管路内的压力调节；计算当次试验的通过临界喷管的空气流量的目标值对应的每个阀门的目标开度，每个阀门的目标开度均为L，令阀门的开口减小△L后，即L‑△L作为每个阀门的预开度；调节每个阀门的开度至所述预开度L‑△L后，通过工业控制器PLC对阀门的开度进行PID控制，控制阀门的开度逐渐增加，直到达到目标开度L；本发明通过预开度和PID调节相结合的方式快速精准地达到流量调节的目的，可大幅度减少调试时间和气源消耗。

Description

基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法
技术领域
本发明属于飞行器地面试验技术领域，具体涉及一种基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法。
背景技术
自由射流试验台在开展各类型飞行器试验时，试车台需在极短时间内将空气流量调节到位,否则将导致极大的气源消耗。在空气气源固定的情况下，试车台空气流量调节到位的速度一定程度上决定了当次试验的成本及可支持的最大试验时间。发动机试车台空气流量调节的常规方法为经典PID控制或开环公式控制，均存在一定问题。由于流量调节被控对象为气动调节阀，该类阀门存在响应略有迟滞、超调和反向调节特性差的特点，经典PID控制调试极为困难，开环公式控制则存在静态误差大，尤其在气源压力迅速下降时流量偏差会迅速增大。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法，通过预开度和PID调节相结合的方式快速精准地达到流量调节的目的，可大幅度减少调试时间和气源消耗。
一种基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法，该方法的具体步骤如下：
步骤一，建立所述气动调节阀所在管路的控制模型，所述控制模型包括：高压气源、临界喷管及气动调节阀；所述高压气源通过管路与与临界喷管的入口端连接，所述管路的高压气源所在端分为两个以上支路，每个支路上均安装有一个气动调节阀；
步骤二，将通过临界喷管的空气流量调节转化为对临界喷管内的空气压力调节，进而转化为对临界喷管前的管路内的压力调节；
步骤三，计算当次试验的通过临界喷管的空气流量的目标值对应的每个阀门的目标开度，每个阀门的目标开度均相等，均为L，令阀门的开口减小△L后，即L-△L作为每个阀门的预开度；
步骤四，调节每个阀门的开度至所述预开度L-△L后，通过工业控制器PLC对阀门的开度进行PID控制，控制阀门的开度逐渐增加，直到达到目标开度L。
进一步的，所述PID控制的控制算法为离散PID控制算法，表达式为：
Figure BDA0002870405060000021
式中，k为采样时刻的序号，k＝1，2，…；kp为比例系数，kI为积分系数，kD为微分系数，T为采样总时间，TI为采样积分时间，TD为采样微分时间，且kI＝kp/TI，kD＝kpTD；e(j)为第j次采样的输入差值；u(k)为第k采样时刻的输出值，e(k-1)为第k-1时刻所得的偏差信号，e(k)为第k时刻所得的偏差信号。
进一步的，所述控制模型还包括安全阀；所述安全阀安装在管路的未分支的所在端上。
进一步的，在步骤二中，计算通过临界喷管的空气流量q，计算公式如下：
Figure BDA0002870405060000022
其中，AS为临界喷管的喉道面积，Tt为临界喷管内的空气总温，K为流量常数；pt为临界喷管内的空气总压；
由于AS、Tt及K均为已知值，通过临界喷管的空气流量q与临界喷管内的空气总压pt一一对应。
进一步的，在步骤三中，绘制所有气动调节阀的流量特性曲线，用插值法拟合气动调节阀的开度和其所在支路内的空气压力的关系曲线；根据所述流量特性曲线及气动调节阀的开度和其所在支路内的空气压力的关系曲线，计算得到当次试验的通过临界喷管的空气流量的目标值对应的每个阀门的目标开度。
有益效果：(1)由于气动调节阀的反向调节特性较差，为保证调节效果应尽量避免气动调节阀过调，逐步上升逼近为最佳控制策略，本发明充分利用气动调节阀的调节特性，通过设置气动调节阀的预开度实现快速到达目标开度附近，然后通过离散PID控制算法实现精细化调节，既保证了调节速度又保证了调节精度，可快速准确地实现对空气流量调节，完成试验任务。
(2)本发明在实际使用中，PID中比例积分微分参数易于摸取，可极大地减少调试时间和次数，节约大量能源，具有非常强的工程应用意义；且本发明目前已在某试验台气路调试中得到应用，取得了良好效果。
附图说明
图1为控制模型示意图；
图2为采用工业控制器PLC对阀门的开度进行PID控制后的效果图；
其中，1-气动调节阀，2-安全阀，3-临界喷管。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法，该方法的具体步骤如下：
步骤一，建立所述气动调节阀1所在管路的控制模型，参见附图1，所述控制模型包括：高压气源、临界喷管3、气动调节阀1及安全阀2；
所述高压气源通过管路与与临界喷管3的入口端连接，所述管路的高压气源所在端分为两个以上支路，每个支路上均安装有一个气动调节阀1，所述安全阀2安装在管路的未分支的所在端上；所述气动调节阀1用于调节所在支路的空气压力，进而控制通过临界喷管3的空气压力；所述安全阀2用于对管路起到故障保护的作用，如当管路内的压力超过预设极限时，会自动泄压；
步骤二，计算通过临界喷管3的空气流量q，计算公式如下：
Figure BDA0002870405060000031
其中，AS为临界喷管3的喉道面积，Tt为临界喷管3内的空气总温，K为流量常数，本实施例取0.04042；pt为临界喷管3内的空气总压；
根据公式(1)可知，由于AS、Tt及K均为已知值，通过临界喷管3的空气流量q与临界喷管3内的空气总压pt一一对应，因此，通过临界喷管3的空气流量调节可转化为对临界喷管3内的空气压力调节，进而转化为对临界喷管3前的管路内的压力调节；
步骤三，绘制所有气动调节阀1的流量特性曲线，用插值法拟合气动调节阀1的开度和其所在支路内的空气压力的关系曲线；
步骤四，根据所述流量特性曲线及气动调节阀1的开度和其所在支路内的空气压力的关系曲线，计算当次试验的通过临界喷管3的空气流量的目标值对应的每个阀门的目标开度，每个阀门的目标开度均相等，均为L，令阀门的开口减小△L后，即L-△L作为每个阀门的预开度；
步骤五，调节每个阀门的开度至所述预开度L-△L后，通过工业控制器PLC对阀门的开度进行PID控制，实现对阀门的开度的精细调节，控制阀门的开度逐渐增加，直到达到目标开度L；调节后的效果参见附图2；
由于工业控制器PLC是一种基于采样机制的控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，因此PID控制中的积分和微分项不能直接使用，需要进行离散化处理；在PID的控制算法中，以一系列的采样时刻点k代表连续时间t，以矩形法数值积分代替积分，以一阶后向差分代替微分，可得离散PID控制算法的表达式为：
Figure BDA0002870405060000041
式中，k为采样时刻的序号，k＝1，2，…；kp为比例系数，kI为积分系数，kD为微分系数，T为采样总时间，TI为采样积分时间，TD为采样微分时间，且kI＝kp/TI，kD＝kpTD；e(j)为第j次采样的输入差值；u(k)为第k采样时刻的输出值，e(k-1)为第k-1时刻所得的偏差信号，e(k)为第k时刻所得的偏差信号。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：
步骤一，建立所述气动调节阀(1)所在管路的控制模型，所述控制模型包括：高压气源、临界喷管(3)及气动调节阀(1)；所述高压气源通过管路与与临界喷管(3)的入口端连接，所述管路的高压气源所在端分为两个以上支路，每个支路上均安装有一个气动调节阀(1)；
步骤二，将通过临界喷管(3)的空气流量调节转化为对临界喷管(3)内的空气压力调节，进而转化为对临界喷管(3)前的管路内的压力调节；
步骤三，计算当次试验的通过临界喷管(3)的空气流量的目标值对应的每个阀门的目标开度，每个阀门的目标开度均相等，均为L，令阀门的开口减小△L后，即L-△L作为每个阀门的预开度；
步骤四，调节每个阀门的开度至所述预开度L-△L后，通过工业控制器PLC对阀门的开度进行PID控制，控制阀门的开度逐渐增加，直到达到目标开度L。
2.如权利要求1所述的一种基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法，其特征在于，所述PID控制的控制算法为离散PID控制算法，表达式为：
Figure FDA0002870405050000011
式中，k为采样时刻的序号，k＝1，2，…；kp为比例系数，kI为积分系数，kD为微分系数，T为采样总时间，TI为采样积分时间，TD为采样微分时间，且kI＝kp/TI，kD＝kpTD；e(j)为第j次采样的输入差值；u(k)为第k采样时刻的输出值，e(k-1)为第k-1时刻所得的偏差信号，e(k)为第k时刻所得的偏差信号。
3.如权利要求1所述的一种基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法，其特征在于，所述控制模型还包括安全阀(2)；所述安全阀(2)安装在管路的未分支的所在端上。
4.如权利要求1所述的一种基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法，其特征在于，在步骤二中，计算通过临界喷管(3)的空气流量q，计算公式如下：
Figure FDA0002870405050000012
其中，AS为临界喷管(3)的喉道面积，Tt为临界喷管(3)内的空气总温，K为流量常数；pt为临界喷管(3)内的空气总压；
由于AS、Tt及K均为已知值，通过临界喷管(3)的空气流量q与临界喷管(3)内的空气总压pt一一对应。
5.如权利要求1所述的一种基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法，其特征在于，在步骤三中，绘制所有气动调节阀(1)的流量特性曲线，用插值法拟合气动调节阀(1)的开度和其所在支路内的空气压力的关系曲线；根据所述流量特性曲线及气动调节阀(1)的开度和其所在支路内的空气压力的关系曲线，计算得到当次试验的通过临界喷管(3)的空气流量的目标值对应的每个阀门的目标开度。
CN202011605940.5A 2020-12-29 2020-12-29 基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法 Pending CN112764437A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011605940.5A CN112764437A (zh) 2020-12-29 2020-12-29 基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011605940.5A CN112764437A (zh) 2020-12-29 2020-12-29 基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112764437A true CN112764437A (zh) 2021-05-07

Family

ID=75697445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011605940.5A Pending CN112764437A (zh) 2020-12-29 2020-12-29 基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112764437A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113220048A (zh) * 2021-05-31 2021-08-06 长安大学 一种基于数值微分的锅炉温度调整方法与系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0527851A (ja) * 1991-07-23 1993-02-05 Hisaka Works Ltd 流量と圧力の関連制御方法
CN201177766Y (zh) * 2008-04-24 2009-01-07 上海科系思工业设备有限公司 基于pid控制算法的电子压力控制器
CN105628387A (zh) * 2015-12-30 2016-06-01 北京航天三发高科技有限公司 采用预测控制法调节试车台进气状态参数的调试方法
CN106122583A (zh) * 2016-08-31 2016-11-16 中煤科工集团重庆研究院有限公司 用于提高电动阀门执行器开度控制精度的方法
CN109211372A (zh) * 2018-11-12 2019-01-15 中国计量科学研究院 低压临界流文丘里喷嘴校准装置
CN210179947U (zh) * 2019-05-13 2020-03-24 广东长朗节能设备有限公司 一种制冷系统用排气目标值节流控制装置
CN111878182A (zh) * 2020-06-24 2020-11-03 中国能源建设集团华东电力试验研究院有限公司 660mw超临界机组旁路控制系统及其控制方法
CN112000160A (zh) * 2020-09-07 2020-11-27 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 一种大量程高精度气体压力和流量快速调节装置及其调节方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0527851A (ja) * 1991-07-23 1993-02-05 Hisaka Works Ltd 流量と圧力の関連制御方法
CN201177766Y (zh) * 2008-04-24 2009-01-07 上海科系思工业设备有限公司 基于pid控制算法的电子压力控制器
CN105628387A (zh) * 2015-12-30 2016-06-01 北京航天三发高科技有限公司 采用预测控制法调节试车台进气状态参数的调试方法
CN106122583A (zh) * 2016-08-31 2016-11-16 中煤科工集团重庆研究院有限公司 用于提高电动阀门执行器开度控制精度的方法
CN109211372A (zh) * 2018-11-12 2019-01-15 中国计量科学研究院 低压临界流文丘里喷嘴校准装置
CN210179947U (zh) * 2019-05-13 2020-03-24 广东长朗节能设备有限公司 一种制冷系统用排气目标值节流控制装置
CN111878182A (zh) * 2020-06-24 2020-11-03 中国能源建设集团华东电力试验研究院有限公司 660mw超临界机组旁路控制系统及其控制方法
CN112000160A (zh) * 2020-09-07 2020-11-27 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 一种大量程高精度气体压力和流量快速调节装置及其调节方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘经纬 等: "《先进模糊智能复合经典PID控制理论与应用及其Matlab实现》", 31 August 2016 *
徐有恒 等: "《基础流体实验》", 30 October 1990 *
朱景红 等: "PLC在4～20mA气动调节阀精确定位中的应用", 《农业装备与车辆工程》 *
李一波: "SCR脱硝动态精细化控制技术研究及应用", 《广西电业》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113220048A (zh) * 2021-05-31 2021-08-06 长安大学 一种基于数值微分的锅炉温度调整方法与系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103115243B (zh) 一种天然气管道分输电动调节阀的控制设备及其方法
CN113008507A (zh) 一种基于暂冲气源的大流量高稳定马赫数风洞快速调节系统及方法
CN110778507B (zh) 汽动给水泵进汽调阀非线性补偿控制方法
CN114265306B (zh) 海洋平台通风系统在线风平衡控制方法及控制系统
CN112000160A (zh) 一种大量程高精度气体压力和流量快速调节装置及其调节方法
CN105674060A (zh) 一种压缩空气系统压力流量联合控制节能装置及方法
CN116060223B (zh) 一种结冰风洞喷雾设备的供水压力控制方法及计算机设备
CN112764437A (zh) 基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法
CN112370933A (zh) 一种可靠高效的旁路烟气干燥塔自动喷雾控制系统及方法
CN115031918A (zh) 一种用于可变流场调压系统及工艺
CN108427443B (zh) 高精度自动加氧装置及自动加氧方法
CN212433647U (zh) 一种大量程高精度气体压力和流量快速调节装置
CN113871665A (zh) 一种燃料电池空气系统入堆空气流量以及压力的控制方法
CN107035970B (zh) 一种稳定气动支路管网压力的控制装置及控制方法
CN113156810A (zh) 基于模糊pid控制的天然气调压系统
CN209742979U (zh) 多台汽轮发电机组热负荷平衡分配控制装置
CN104317322B (zh) 一种自动调压式高压氦气控制系统
CN113847551A (zh) 压力温度调节系统及控制方法
CN113803121B (zh) 低压汽轮机的自动控制方法及系统、发电系统
CN214305285U (zh) 一种发电厂密封油油氢差压在线调整系统
CN110926233B (zh) 一种用于高压细水雾节流系统的稳压装置及其稳压控制方法
CN115059782A (zh) 一种多分支并联管组支管路流量均匀分配的自控装置
CN215982028U (zh) 压力温度调节系统
CN111022735A (zh) 一种tps试验用大流量气体快速稳压装置
CN109367694B (zh) 一种复杂用汽设备入口外特性模拟装置及模拟方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210507