CN113586417A - 一种空压机分级控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空压机分级控制系统，包括压力传感器、温度传感器、压力传感器调理电路、温度传感器调理电路、开关量输入信号采集电路及控制系统。本发明还公开一种空压机分级控制方法，使用模糊PID控制方法进行节能优化控制，使用基于卡尔曼滤波的状态估计方法对采集压力的误差信号进行估计。本发明能够保证空压机稳定高效运行，提高能源利用率，减小了空压机运转时对电网的冲击，降低空压机故障率，在空压机节能优化方面有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种，尤其涉及一种空压机分级控制系统及方法。
背景技术
空压机在工业生产中有着广泛地应用，其运行的状态直接影响生产工艺，其耗电量在工业总耗电的比重也越来越高。单级空压机在运行过程中频繁的加载、卸载压力不仅会对电机造成损伤，也会对电网造成冲击，进而影响其他用电设备的正常运行。降低电能消耗，解决空压机稳定性差是提高生产率的关键。对空压机的分级控制不仅能有效减小能源消耗，还能使机组运行在最佳性能范围，提高系统效率。
空压机单级运行，设备间存在负荷不平衡，产气量不一的现象，无法运行在最佳性能范围，运行效率低，能耗大。单级空压机提供给用户的是有波动的压力，得到恒定的压力需要通过增加压缩空气管网上储气罐数量的方式或者使用增大储气罐容积的方式，并不能很好的节约能源、提高能源利用效率。空压机一般都采用PLC控制器中的PID算法进行控制，常规的PID控制算法对于非线性、多变的空压机系统难以实现理想的控制状态。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够提升空压机运行稳定性的分级控制系统及方法。
技术方案：本发明的空压机分级控制系统包括用于采集压力模拟量的压力传感器、用于采集温度模拟量的温度传感器、开关量输入信号采集电路、执行装置和控制装置；所述压力传感器通过压力传感器信号调理电路连接控制装置，所述温度传感器通过温度传感器信号调理电路连接控制装置，所述执行装置通过开关量输入信号采集电路连接控制装置，控制装置根据压力传感器和温度传感器采集的信号判断系统状态并加载开关量控制执行装置动作。
其中，所述压力模拟量采集信号调理电路包括采样电阻、第一限流电阻、滤波电容、运算放大器、第二限流电阻、第二滤波电容、复式二极管和AD转换芯片；采样电阻(R1)第一端接第一限流电阻(R2)的第一端，第一限流电阻(R2)的第二端接滤波电容(C1)的第一端并且接运算放大器(U1)正输入端，采样电阻(R1)的第二端和第一滤波电容(C1)第二端连在一起接地，运算放大器(U1)的负输入端接放大器(U1)的输出端与第二限流电阻(R3)第一端相接，第二限流电阻(R3)第二端分别与第一复式二极管(D1)的3脚、第二滤波电容(C2)第一端连接，第一复式二极管(D1)的2脚接3.3V，第一复式二极管(D1)的1脚接地，第二滤波电容(C2)的第二端接地，输出调理后的电压到AD转换芯片中。
温度模拟量采集信号调理电路包括第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第一滤波电容、第一限流电阻、第二限流电阻、放大器、反馈电阻、第二复式二极管和AD转换芯片；第一分压电阻(R5)第一端和第二分压电阻(R6)第一端、第一滤波电容(C3)第一端接3.3V电源，第三滤波电容(C3)第二端接模拟地，第一分压电阻(R5)第二端与温度传感器的一端和第一限流电阻(R8)的第一端相接，第二分压电阻(R6)第二端与第三分压电阻(R7)第一端相连，第三分压电阻(R7)分别连接第二限流电阻(R9)的第一端和温度传感器的另一端，第一限流电阻(R8)与放大器(U2)正输入端相连，第二限流电阻(R9)的第二端分别与放大器(U2)负输入端、反馈电阻(R10)第一端相连接，放大器(U2)输出端分别与反馈电阻(R10)第二端及第四限流电阻(R11)第一端相接，第四限流电阻(R11)第二端分别与第二复式二极管(D2)的3脚、第四滤波电容(C4)第一端连接，第二复式二极管(D2)的2脚接3.3V，第二复式二极管(D2)的1脚接地，第四滤波电容(C4)的第二端接地，输出调理后的电压到AD转换芯片中。
开关量输入信号采集电路包括第一电阻、外部电源、第一下拉电阻、滤波电容、光电耦合器、限流电阻、第二下拉电阻、第二滤波电容和DSP芯片；所述第一电阻(R12)的第一端连接外部24V电源信号，第一电阻(R12)另一端分别接下拉电阻(R13)的第一端、滤波电容(C7)的第一端及光电耦合器(U3)的1脚，第一下拉电阻(R13)的第二端分别与滤波电容(C7)的第二端和光电耦合器(U3)2脚相连，同时与外部输入信号DI0连接，光电耦合器(U3)4脚连接内部电源VCC，光电耦合器(U3)3脚连接限流电阻(R14)的第一端，限流电阻(R14)的第二端分别与内部输入信号DI_0，第二下拉电阻(R15)第一端和第二滤波电容(C8)第一端相连，第二下拉电阻(R15)另一端和第二滤波电容(C8)另一端接地，内部输入信号DI_0直接接入DSP中。
执行装置包括急停开关、水流量开关、空气滤芯排气开关、远程启停开关和远程压力加载和卸载开关。
本发明所述的使用上述系统的空压机分级控制方法包括如下步骤：
(1)进行启动前自检，检查各压力、温度信号等是否出现故障，确定主空压机、一级空压机是否处于正常状态；
(2)如空压机均处于正常状态，系统由停机启动，检测主管道排气压力，当其低于加载压力时，空压机空载运行；
(3)启动主空压机，通过模糊PID调节，得到目标压力；
(4)若主空压机运行后，系统排气压力仍小于设定压力且时间超过10s，一级空压机启动，继续进行模糊PID调节，直到达到目标压力；
(5)当前压力超过设定最大值，进行卸载压力；
(6)在空压机运行过程中，监测系统温度和压力信号，若系统中任一温度或压力信号出现异常，则空压机减速运行直至停机。
其中，步骤(1)和步骤(6)中，对温度或压力信号进行状态预测，若实测得到的温度值或压力值与预测值相差过大，则判定温度传感器或压力传感器存在故障。
所述步骤(3)中，模糊PID控制包括如下步骤：
(1)建立PID控制算法的位置表达式(连续)：
式中，e(t)＝设定值-测量值；KP为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数；
上式的连续表达式写作离散表达式如下：
式中，KP为比例系数，
为积分系数用Ki代替，
为微分系数用Kp代替，则有：
(2)设定预期压力值Q和压力最大偏差值；
确定PID控制器输入参量，确认输入压力值与设定预期压力值偏差e以及当前的偏差值和前一次偏差的变化值ec；
(3)通过模糊控制器将e和ec两个值模糊处理，根据采集的值e和ec进行模糊推理得到对应得隶属度，通过重心法解模糊完成清晰化，得到输出量Kp、Ki、Kd的值；
(4)再将输出值代入PID控制器，最后得到系统输出。
对温度和压力值的预测为卡尔曼滤波器预测，其中，压力值的预测包括如下步骤：
(1)建立系统的状态方程：
式中，
为压力的状态估计，气体压力不随时间改变A＝1，由于系统没有控制输入B＝0，wk-1是过程激励噪音，对应了每个xk的每个噪音分量，是期望为0，协方差为Q的高斯白噪声，wk～N(0,Q)；
(2)建立系统的测量方程：
yk＝C·xk+vk
式中，yk是压力测量值，噪音的观测值是状态变量的直接体现，C＝1，vk是压力传感器测量压力过程中产生的测量误差，是期望为0，协方差为R的高斯白噪声，vk～(0,R)；
(3)设系统初始压力为p0，估计值的方差为P0，建立时间更新方程：
式中，xk-1为k-1时刻压力的预测值，
为k时刻的压力估计值，Pk-1为k-1时刻压力的后验估计的协方差，时刻气压的先验估计；
(4)将压力的状态估计
和协方差估计
从k-1时刻向前推算到k时刻，建立状态更新方程为：
(5)首先计算测量更新方程卡尔曼增益Kk，然后根据压力的测量值yk计算压力的后验估计，得到协方差Pk进行下一次预估。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：系统信号丢失少，具有优良的兼容性和抗干扰性，能够保证空压机稳定高效运行，提高能源利用率，减小了空压机运转时对电网的冲击，降低空压机故障率，在空压机节能优化方面有良好的应用前景。模糊PID控制算法实现最优输出，能实现对系统的动态响应及静态性能的良好控制、鲁棒性强、算法简单。卡尔曼滤波算法的运用起到了故障检测作用，其原理简单，能有效对模拟量信号进行状态预测，通过测量值与预测值的比较，能判断模拟量测量电路是否存在故障。
附图说明
图1是本发明的空压机压力采集调理电路；
图2是本发明的空压机温度采集调理电路；
图3是本发明的空压机数字量输入电路；
图4是本发明的空压机分级控制流程图；
图5是本发明的空压机增压系统控制结构图；。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明所述的空压机分级控制系统，包括用于采集压力模拟量的压力传感器、用于采集温度模拟量的温度传感器、开关量输入信号采集电路和控制装置；所述压力传感器通过压力传感器信号调理电路连接控制装置，所述温度传感器通过温度传感器信号调理电路连接控制装置。
系统使用0～16bar压力传感器采集压力模拟量，其信号调理电路包括实现模拟量信号采集的采样电路、实现采样信号放大的电压跟随器电路、对输入输出信号进行滤波的滤波电路及对电路进行保护的保护电路；如图1所示，压力模拟量采集信号调理电路由采样电阻R1第一端接第一限流电阻R2的第一端，第一限流电阻R2的第二端接滤波电容C1的第一端并且接运算放大器U1正输入端，采样电阻R1的第二端和第一滤波电容C1第二端连在一起接地，运算放大器U1的负输入端接放大器U1的输出端与第二限流电阻R3第一端相接，第二限流电阻R3第二端分别与复式二极管D1的3脚、第二滤波电容C2第一端连接，复式二极管D1的2脚接3.3V，复式二极管D1的1脚接地，第二滤波电容C2的第二端接地，输出调理后的电压到AD转换芯片中；压力采集为4～20mA压力模拟量采集，共有10路采集电路，包括排气压力、系统压力、喷油压力、进气压力、一级排气压力、进水压力、出水压力、二极排气压力以及备用压力。通过采用上述技术方案，电流型输出传感器输出的电流为4-20mA，电阻阻值的设置根据电流电压公式、欧姆定律等公式计算可知，经过调理后输出的电压范围在0.6～3V，适配采集范围为0～3.3V的ADC采样。部分传感器在个别工况下使用时会发生超量程的情况，传感器的输出信号会超过最大值，由于0.6～3V在0～3.3V采集范围内，为传感器信号调理后的电压信号留有余量，从而减少信号的丢失。
系统使用温度传感器采集温度模拟量，其信号调理电路包括实现模拟量信号采集的采样电路、用于实现采样信号放大的差分放大器电路、对于输入输出进行滤波的滤波电路及对电路进行保护的保护电路，开关量输入电路包括输入输出滤波电路，用于电压信号提取的分压电阻电路；如图2所示，温度模拟量采集信号调理电路由第一分压电阻(R5)第一端和第二分压电阻R6第一端、第一滤波电容C3第一端接3.3V电源，第一滤波电容C3第二端接模拟地，第一分压电阻R5第二端与温度传感器的一端和第一限流电阻R8的第一端相接，第二分压电阻R6第二端与第三分压电阻R7第一端相连，第三分压电阻R7分别连接第二限流电阻R9的第一端和温度传感器的另一端，第一限流电阻R8与放大器U2正输入端相连，第二限流电阻R9的第二端分别与放大器U2负输入端、反馈电阻R10第一端相连接，放大器U2输出端分别与反馈电阻R10第二端及第四限流电阻R11第一端相接，第四限流电阻R11第二端分别与复式二极管D2的3脚、第二滤波电容C4第一端连接，复式二极管D2的2脚接3.3V，复式二极管D2的1脚接地，第二滤波电容C4的第二端接地，输出调理后的电压到AD转换芯片中；温度采集为-50℃～150℃温度模拟量采集，包括喷油温度、一级排气温度、前轴承温度、后轴承温度、排气温度、系统温度、进水温度、出水温度、二极排气温度、电机A相温度、电机B相温度、电机C相温度以及备用温度。通过采用上述技术方案，该桥式测温电路的测量精度可达0.1％，同幅度调整桥臂电阻R5和R6电阻值可以改变电桥输出的压差大小，调节电阻R7大小可以改变温度的零点设定。电路结构简单，可通过更改桥臂电阻及放大系数配置电阻实现PT100及PT1000型传感器的兼容。
开关量输入电路包括输入输出滤波电路，用于电压信号提取的分压电阻电路；如图3所示，开关量输入信号采集电路由第一电阻R12的第一端连接外部24V电源信号，第一电阻R12另一端分别接下拉电阻R13的第一端、滤波电容C7的第一端及光电耦合器U3的1脚，下拉电阻R13的第二端分别与滤波电容C7的第二端和光电耦合器U32脚相连，同时与外部输入信号DI0连接，光电耦合器U3的4脚连接内部电源VCC，光电耦合器U3的3脚连接限流电阻R14的第一端，限流电阻R14的第二端分别与内部输入信号DI_0，第二下拉电阻R15第一端和第二滤波电容C8第一端相连，第二下拉电阻R15另一端和第二滤波电容C8另一端接地，内部输入信号DI_0直接接入DSP中。开关量采集有14路采集电路，包括急停、水流量开关、主电机冷却风机过载、电控箱大风机过载、空滤压差开关、主机排风风机过载、远程启动、远程停止、主变频运行反馈、主变频故障反馈(备用)、远程加载/卸载以及备用开关量。
通过采用上述技术方案，采用光电耦合器对开关量输入进行隔离，以免对MCU控制电路产生干扰或串扰，从而使开关量采集电路具有更高的抗干扰性能。
控制器对系统的控制方式如下：
(1)当控制器收到紧急停机信号时，加载急停开关量，控制空压机停机；
(2)当控制器收到水流量开关信号时，加载水流量开关，控制空压机水流量的开通关断；
(3)当控制器收到需要检测空气滤芯是否堵塞信号时，加载空滤压差开关量，控制空气滤芯排气；
(4)当控制器需要远程启动时，加载远程启动开关量，控制空压机远程启动；
(5)当控制器需要远程停止时，加载远程停止开关量，控制空压机远程停机；
(6)当控制器需要压力远程加载/卸载时，加载压力远程加载/卸载开关量，控制空压机远程压力加载和卸载。
本发明所述的空压机分级控制方法包括以下步骤：
(1)进行启动前自检，检查各压力、温度信号等是否出现故障，确定主空压机、一级空压机是否处于正常状态；
(2)如空压机均处于正常状态，系统由停机启动，检测主管道排气压力，当其低于加载压力时，空压机空载运行；
(3)启动主空压机，通过模糊PID调节，得到目标压力；
(4)若主空压机运行后，系统排气压力仍小于设定压力且时间超过10s，一级空压机启动，继续进行模糊PID调节，直到达到目标压力；
(5)当前压力超过设定最大值，进行卸载压力；
(6)在空压机运行过程中，监测系统温度和压力信号，若系统中任一温度或压力信号出现异常，则空压机减速运行直至停机。
其中，步骤(1)和步骤(6)中，对温度或压力信号进行状态预测，若实测得到的温度值或压力值与预测值相差过大，则判定温度传感器或压力传感器存在故障。
所述步骤(3)中，模糊PID控制包括如下步骤：
(1)建立PID控制算法的位置表达式(连续)：
式中，e(t)＝设定值-测量值；KP为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数；
上式的连续表达式写作离散表达式如下：
式中，KP为比例系数，
为积分系数用Ki代替，
为微分系数用Kp代替，则有：
(2)设定预期压力值Q和压力最大偏差值；
确定PID控制器输入参量，确认输入压力值与设定预期压力值偏差e以及当前的偏差值和前一次偏差的变化值ec；
(3)通过模糊控制器将e和ec两个值模糊处理，根据采集的值e和ec进行模糊推理得到对应得隶属度，通过重心法解模糊完成清晰化，得到输出量Kp、Ki、Kd的值；
(4)再将输出值代入PID控制器，最后得到系统输出。
对温度和压力值的预测为卡尔曼滤波器预测，其中，压力值的预测包括如下步骤：
(1)建立系统的状态方程：
式中，
为压力的状态估计，气体压力不随时间改变A＝1，由于系统没有控制输入B＝0，wk-1是过程激励噪音，对应了每个xk的每个噪音分量，是期望为0，协方差为Q的高斯白噪声，wk～N(0,Q)；
(2)建立系统的测量方程：
yk＝C·xk+vk
式中，yk是压力测量值，噪音的观测值是状态变量的直接体现，C＝1，vk是压力传感器测量压力过程中产生的测量误差，是期望为0，协方差为R的高斯白噪声，vk～(0,R)；
(3)设系统初始压力为p0，估计值的方差为P0，建立时间更新方程：
式中，xk-1为k-1时刻压力的预测值，
为k时刻的压力估计值，Pk-1为k-1时刻压力的后验估计的协方差，时刻气压的先验估计；
(4)将压力的状态估计
和协方差估计
从k-1时刻向前推算到k时刻，建立状态更新方程为：
(5)首先计算测量更新方程卡尔曼增益Kk，然后根据压力的测量值yk计算压力的后验估计，得到协方差Pk进行下一次预估。
根据上述压力值预测的具体步骤同理可得温度预测的具体步骤。
Claims (9)
1.一种空压机分级控制系统，其特征在于，所述系统包括用于采集压力模拟量的压力传感器、用于采集温度模拟量的温度传感器、开关量输入信号采集电路、执行装置和控制装置；所述压力传感器通过压力传感器信号调理电路连接控制装置，所述温度传感器通过温度传感器信号调理电路连接控制装置，所述执行装置通过开关量输入信号采集电路连接控制装置，控制装置根据压力传感器和温度传感器采集的信号判断系统状态并加载开关量控制执行装置动作。
2.根据权利要求1所述的空压机分级控制系统，其特征在于，所述压力模拟量采集信号调理电路包括采样电阻、第一限流电阻、滤波电容、运算放大器、第二限流电阻、第二滤波电容、复式二极管和AD转换芯片；
所述采样电阻(R1)第一端接第一限流电阻(R2)的第一端，第一限流电阻(R2)的第二端接滤波电容(C1)的第一端并且接运算放大器(U1)正输入端，采样电阻(R1)的第二端和第一滤波电容(C1)第二端连在一起接地，运算放大器(U1)的负输入端接放大器(U1)的输出端与第二限流电阻(R3)第一端相接，第二限流电阻(R3)第二端分别与第一复式二极管(D1)的3脚、第二滤波电容(C2)第一端连接，第一复式二极管(D1)的2脚接3.3V，第一复式二极管(D1)的1脚接地，第二滤波电容(C2)的第二端接地，输出调理后的电压到AD转换芯片中。
3.根据权利要求1所述的空压机分级控制系统，其特征在于，所述温度模拟量采集信号调理电路包括第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第一滤波电容、第一限流电阻、第二限流电阻、放大器、反馈电阻、第二复式二极管和AD转换芯片；
所述第一分压电阻(R5)第一端和第二分压电阻(R6)第一端、第一滤波电容(C3)第一端接3.3V电源，第三滤波电容(C3)第二端接模拟地，第一分压电阻(R5)第二端与温度传感器的一端和第一限流电阻(R8)的第一端相接，第二分压电阻(R6)第二端与第三分压电阻(R7)第一端相连，第三分压电阻(R7)分别连接第二限流电阻(R9)的第一端和温度传感器的另一端，第一限流电阻(R8)与放大器(U2)正输入端相连，第二限流电阻(R9)的第二端分别与放大器(U2)负输入端、反馈电阻(R10)第一端相连接，放大器(U2)输出端分别与反馈电阻(R10)第二端及第四限流电阻(R11)第一端相接，第四限流电阻(R11)第二端分别与第二复式二极管(D2)的3脚、第四滤波电容(C4)第一端连接，第二复式二极管(D2)的2脚接3.3V，第二复式二极管(D2)的1脚接地，第四滤波电容(C4)的第二端接地，输出调理后的电压到AD转换芯片中。
4.根据权利要求1所述的空压机分级控制系统，其特征在于，所述开关量输入信号采集电路包括第一电阻、外部电源、第一下拉电阻、滤波电容、光电耦合器、限流电阻、第二下拉电阻、第二滤波电容和DSP芯片；
所述第一电阻(R12)的第一端连接外部24V电源信号，第一电阻(R12)另一端分别接下拉电阻(R13)的第一端、滤波电容(C7)的第一端及光电耦合器(U3)的1脚，第一下拉电阻(R13)的第二端分别与滤波电容(C7)的第二端和光电耦合器(U3)2脚相连，同时与外部输入信号DI0连接，光电耦合器(U3)4脚连接内部电源VCC，光电耦合器(U3)3脚连接限流电阻(R14)的第一端，限流电阻(R14)的第二端分别与内部输入信号DI_0，第二下拉电阻(R15)第一端和第二滤波电容(C8)第一端相连，第二下拉电阻(R15)另一端和第二滤波电容(C8)另一端接地，内部输入信号DI_0直接接入DSP中。
5.根据权利要求1所述的空压机分级控制系统，其特征在于，所述执行装置包括急停开关、水流量开关、空气滤芯排气开关、远程启停开关和远程压力加载和卸载开关。
6.一种使用权利要求1-5中任一权利要求所述系统的空压机分级控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)进行启动前自检，检查各压力、温度信号等是否出现故障，确定主空压机、一级空压机是否处于正常状态；
(2)如空压机均处于正常状态，系统由停机启动，检测主管道排气压力，当其低于加载压力时，空压机空载运行；
(3)启动主空压机，通过模糊PID调节，得到目标压力；
(4)若主空压机运行后，系统排气压力仍小于设定压力且时间超过10s，一级空压机启动，继续进行模糊PID调节，直到达到目标压力；
(5)当前压力超过设定最大值，进行卸载压力；
(6)在空压机运行过程中，监测系统温度和压力信号，若系统中任一温度或压力信号出现异常，则空压机减速运行直至停机。
7.根据权利要求5所述的空压机分级控制方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(6)中，对温度或压力信号进行状态预测，若实测得到的温度值或压力值与预测值相差过大，则判定温度传感器或压力传感器存在故障。
8.根据权利要求5所述的空压机分级控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，模糊PID控制包括如下步骤：
(1)建立PID控制算法的位置表达式(连续)：
式中，e(t)＝设定值-测量值；KP为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数；
上式的连续表达式写作离散表达式如下：
式中，KP为比例系数，
为积分系数用Ki代替，
为微分系数用Kp代替，则有：
(2)设定预期压力值Q和压力最大偏差值；
确定PID控制器输入参量，确认输入压力值与设定预期压力值偏差e以及当前的偏差值和前一次偏差的变化值ec；
(3)通过模糊控制器将e和ec两个值模糊处理，根据采集的值e和ec进行模糊推理得到对应得隶属度，通过重心法解模糊完成清晰化，得到输出量Kp、Ki、Kd的值；
(4)再将输出值代入PID控制器，最后得到系统输出。
9.根据权利要求6所述的空压机分级控制方法，其特征在于，对温度和压力值的预测为卡尔曼滤波器预测，其中，压力值的预测包括如下步骤：
(1)建立系统的状态方程：
式中，
为压力的状态估计，气体压力不随时间改变A＝1，由于系统没有控制输入B＝0，wk-1是过程激励噪音，对应了每个xk的每个噪音分量，是期望为0，协方差为Q的高斯白噪声，wk～N(0,Q)；
(2)建立系统的测量方程：
yk＝C·xk+vk
式中，yk是压力测量值，噪音的观测值是状态变量的直接体现，C＝1，vk是压力传感器测量压力过程中产生的测量误差，是期望为0，协方差为R的高斯白噪声，vk～(0,R)；
(3)设系统初始压力为p0，估计值的方差为P0，建立时间更新方程：
式中，xk-1为k-1时刻压力的预测值，
为k时刻的压力估计值，Pk-1为k-1时刻压力的后验估计的协方差，时刻气压的先验估计；
(4)将压力的状态估计
和协方差估计
从k-1时刻向前推算到k时刻，建立状态更新方程为：
(5)首先计算测量更新方程卡尔曼增益Kk，然后根据压力的测量值yk计算压力的后验估计，得到协方差Pk进行下一次预估。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117588736A (zh) * | 2024-01-18 | 2024-02-23 | 常州高凯电子有限公司 | 一种压电式高温水蒸气发生器控制系统及方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2851647Y (zh) * | 2005-12-16 | 2006-12-27 | 上海开通数控有限公司 | 智能空压机控制装置 |
| CN208076958U (zh) * | 2017-11-10 | 2018-11-09 | 桂林电子科技大学 | 一种基于模糊自适应pid的定量控制系统 |
| CN111637057A (zh) * | 2020-05-21 | 2020-09-08 | 江苏集萃智能制造技术研究所有限公司 | 一种新型柴动螺杆式空压机控制器的控制方法 |
-
2021
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2851647Y (zh) * | 2005-12-16 | 2006-12-27 | 上海开通数控有限公司 | 智能空压机控制装置 |
| CN208076958U (zh) * | 2017-11-10 | 2018-11-09 | 桂林电子科技大学 | 一种基于模糊自适应pid的定量控制系统 |
| CN111637057A (zh) * | 2020-05-21 | 2020-09-08 | 江苏集萃智能制造技术研究所有限公司 | 一种新型柴动螺杆式空压机控制器的控制方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 孙胜浩等: "矿用空压机恒压供气及联动控制系统的设计与应用", 《煤矿机电》 * |
| 张邦成等: "离合器性能试验台卡尔曼滤波模糊PID控制", 《武汉理工大学学报》 * |
| 桑岩青等: "基于PLC的模糊控制恒压供气系统的设计", 《自动化与仪表》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117588736A (zh) * | 2024-01-18 | 2024-02-23 | 常州高凯电子有限公司 | 一种压电式高温水蒸气发生器控制系统及方法 |
| CN117588736B (zh) * | 2024-01-18 | 2024-05-10 | 常州高凯电子有限公司 | 一种压电式高温水蒸气发生器控制系统及方法 |
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