CN113625793A - 一种基于pid控制的全自动气压控制系统及方法 - Google Patents

一种基于pid控制的全自动气压控制系统及方法 Download PDF

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宋驰骋
陶勇
黄勇
周泓成
刘成
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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05D16/20—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
    • G05D16/2006—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means
    • G05D16/2013—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means
    • G05D16/2026—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means with a plurality of throttling means

Abstract

本发明属于气压控制系统技术领域，具体涉及一种基于PID控制的全自动气压控制系统及方法。其技术方案为：一种基于PID控制的全自动气压控制系统，包括气缸，气缸的活塞杆上连接有步进电机，步进电机电连接有驱动器，驱动器电连接有嵌入式控制系统；所述气缸的缸筒分别通过气路连接有第一电磁阀、第二电磁阀和压力传感器，第一电磁阀、第二电磁阀和压力传感器均与嵌入式控制系统电连接，第一电磁阀的另一端通过气路与负载系统连接，第二电磁阀与外部大气连通。本发明提供了一种基于PID控制的全自动气压控制系统及方法。

Description

一种基于PID控制的全自动气压控制系统及方法
技术领域
本发明属于气压控制系统技术领域，具体涉及一种基于PID控制的全自动气压控制系统及方法。
背景技术
在工业、交通、医疗等行业中广泛的使用了气压控制系统。在医疗行业中需要对气体进行精确的压力控制，比如生化试剂进行定量喷射控制、液体流动、管路清洗等其它需要精确的气压控制的系统。
现有的气压控制系统通过一次性控制气缸，可保证负载系统一定时间内保持恒定压力。但独立气压控制系统中气压会随着使用而缓慢降低，并且系统中出现轻微漏气也将导致气压不足的情况。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种基于PID控制的全自动气压控制系统及方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种基于PID控制的全自动气压控制系统，包括气缸，气缸的活塞杆上连接有步进电机，步进电机电连接有驱动器，驱动器电连接有嵌入式控制系统；所述气缸的缸筒分别通过气路连接有第一电磁阀、第二电磁阀和压力传感器，第一电磁阀、第二电磁阀和压力传感器均与嵌入式控制系统电连接，第一电磁阀的另一端通过气路与负载系统连接，第二电磁阀与外部大气连通。
通过CAN通信设置需要的气压值，嵌入式控制系统接收到数据后通过驱动器控制步进电机的行程，从而对负载系统实现高精度的正气压或负压调节。使用本PID控制的全自动气压控制系统，可以同时对整个管路系统的气压进行动态调节，保证整个系统的气压动态稳定，解决了独立气压控制系统中气压随着使用缓慢降低的情况，也解决了系统中出现轻微漏气导致气压不足的情况，从而保证在气压系统的稳定性。
作为本发明的优选方案，所述嵌入式控制系统还分别电连接有正限位传感器和负限位传感器，正限位传感器位于气缸的活塞杆伸出到极限位置时活塞杆端部对应的位置，负限位传感器位于气缸的活塞杆收回到极限位置时活塞杆端部对应的位置。在进行负压调节之前，需要先将气缸中的空气排空。通过负限位传感器来探测气缸活塞杆的到位情况，并在气缸的活塞杆运行到行程最小位置时，控制步进电机停止运行。在进行正压调节之前，需要先将气缸充满空气。通过正限位传感器来探测气缸活塞杆的到位情况，并在气缸的活塞杆运行到行程最大位置时，控制步进电机停止运行。
作为本发明的优选方案，所述压力传感器为高精度数显压力传感器。
一种基于PID控制的全自动气压控制方法，包括如下步骤：
S1：打开第一电磁阀，关闭第二电磁阀；控制步进电机带动气缸的活塞杆移动；
S2：通过嵌入式控制系统采集压力传感器反馈的实时气压，并通过PID算法控制步进电机运动，以使气压达到设定气压值。
作为本发明的优选方案，在进行负气压调节时，进行步骤S1之前先进行以下步骤：
S01：关闭第一电磁阀，打开第二电磁阀；通过步进电机带动气缸的活塞杆运行到行程最小位置。当气缸的活塞杆运行到行程最小位置时，气缸中的空气全部排空，方便进行负压调节。
作为本发明的优选方案，在步骤S01中，通过负限位传感器来探测气缸活塞杆的到位情况，并在气缸的活塞杆运行到行程最小位置时，控制步进电机停止运行。
作为本发明的优选方案，在进行正气压调节时，进行步骤S1之前先进行以下步骤：
S02：关闭第一电磁阀，打开第二电磁阀；通过步进电机带动气缸的活塞杆运行到行程最大位置。当气缸的活塞杆运行到行程最大位置时，气缸中充满空气，方便进行正压调节。
作为本发明的优选方案，在步骤S01中，通过正限位传感器来探测气缸活塞杆的到位情况，并在气缸的活塞杆运行到行程最大位置时，控制步进电机停止运行。
本发明的有益效果为：
本发明通过CAN通信设置需要的气压值，嵌入式控制系统接收到数据后通过驱动器控制步进电机的行程，从而对负载系统实现高精度的正气压或负压调节。使用本PID控制的全自动气压控制系统，可以同时对整个管路系统的气压进行动态调节，保证整个系统的气压动态稳定，解决了独立气压控制系统中气压随着使用缓慢降低的情况，也解决了系统中出现轻微漏气导致气压不足的情况，从而保证在气压系统的稳定性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中，1-气缸；2-步进电机；3-驱动器；4-嵌入式控制系统；5-第一电磁阀；6-第二电磁阀；7-压力传感器；8-正限位传感器；9-负限位传感器。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本实施例的基于PID控制的全自动气压控制系统，包括气缸1，气缸1的活塞杆上连接有步进电机2，步进电机2电连接有驱动器3，驱动器3电连接有嵌入式控制系统4；所述气缸1的缸筒分别通过气路连接有第一电磁阀5、第二电磁阀6和压力传感器7，第一电磁阀5、第二电磁阀6和压力传感器7均与嵌入式控制系统4电连接，第一电磁阀5的另一端通过气路与负载系统连接，第二电磁阀6与外部大气连通。所述压力传感器7为高精度数显压力传感器7。
通过CAN通信设置需要的气压值，嵌入式控制系统4接收到数据后通过驱动器3控制步进电机2的行程，从而对负载系统实现高精度的正气压或负压调节。使用本PID控制的全自动气压控制系统，可以同时对整个管路系统的气压进行动态调节，保证整个系统的气压动态稳定，解决了独立气压控制系统中气压随着使用缓慢降低的情况，也解决了系统中出现轻微漏气导致气压不足的情况，从而保证在气压系统的稳定性。
更进一步，所述嵌入式控制系统4还分别电连接有正限位传感器8和负限位传感器9，正限位传感器8位于气缸1的活塞杆伸出到极限位置时活塞杆端部对应的位置，负限位传感器9位于气缸1的活塞杆收回到极限位置时活塞杆端部对应的位置。在进行负压调节之前，需要先将气缸1中的空气排空。通过负限位传感器9来探测气缸1活塞杆的到位情况，并在气缸1的活塞杆运行到行程最小位置时，控制步进电机2停止运行。在进行正压调节之前，需要先将气缸1充满空气。通过正限位传感器8来探测气缸1活塞杆的到位情况，并在气缸1的活塞杆运行到行程最大位置时，控制步进电机2停止运行。
具体工作过程如下：
嵌入式控制系统4接收CAN通信发来的设定压力数据。在进行负气压调节时，关闭嵌入式控制系统4和负载系统连通的第一电磁阀5，打开嵌入式控制系统4和空气连通的第二电磁阀6。在高精度步进电机2的带动下，控制气缸1运行以排出气缸1中的空气。当气缸1的活塞杆触发负限位传感器9时，负限位传感器9将信号发送至嵌入式控制系统4，并由嵌入式控制系统4通过驱动器3控制步进电机2停止运行。此时关闭嵌入式控制系统4和空气连接的第二电磁阀6，打开嵌入式控制系统4和负载系统连接的第一电磁阀5。控制步进电机2向正限位点运行，气缸1的体积将会慢慢变大，系统中的负气压慢慢变小，通过嵌入式控制系统4采集高精度数显压力传感器7反馈的实时气压，并通过PID算法控制步进电机2运动，以使气压达到设定负气压。
在进行正气压调节时，关闭嵌入式控制系统4和负载系统连通的第一电磁阀5，打开嵌入式控制系统4和空气连通的第二电磁阀6。在高精度步进电机2的带动下，控制气缸1运行以对气缸1充入空气。当气缸1的活塞杆触发正限位传感器8时，正限位传感器8将信号发送至嵌入式控制系统4，并由嵌入式控制系统4通过驱动器3控制步进电机2停止运行。此时关闭嵌入式控制系统4和空气连接的第二电磁阀6，打开嵌入式控制系统4和负载系统连接的第一电磁阀5。控制步进电机2向负限位点运行，气缸1的体积将会慢慢变小，系统中的气压慢慢变大，通过嵌入式系统采集高精度气压传感器反馈实时气压，通过PID算法控制步进电机2运动，以使气压达到设定气压。
使用该全自动气压控制系统，气体气压可以在通过CAN通信接收数据并设置的一定范围内的任意气压值，保证气体的压力稳定和高精度的控制。在该高精度的气压下，负载系统可以工作在设定的稳定的压力下。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于PID控制的全自动气压控制系统，其特征在于，包括气缸(1)，气缸(1)的活塞杆上连接有步进电机(2)，步进电机(2)电连接有驱动器(3)，驱动器(3)电连接有嵌入式控制系统(4)；所述气缸(1)的缸筒分别通过气路连接有第一电磁阀(5)、第二电磁阀(6)和压力传感器(7)，第一电磁阀(5)、第二电磁阀(6)和压力传感器(7)均与嵌入式控制系统(4)电连接，第一电磁阀(5)的另一端通过气路与负载系统连接，第二电磁阀(6)与外部大气连通。
2.根据权利要求1所述的一种基于PID控制的全自动气压控制系统，其特征在于，所述嵌入式控制系统(4)还分别电连接有正限位传感器(8)和负限位传感器(9)，正限位传感器(8)位于气缸(1)的活塞杆伸出到极限位置时活塞杆端部对应的位置，负限位传感器(9)位于气缸(1)的活塞杆收回到极限位置时活塞杆端部对应的位置。
3.根据权利要求1所述的一种基于PID控制的全自动气压控制系统，其特征在于，所述压力传感器(7)为高精度数显压力传感器(7)。
4.使用权利要求1所述系统的一种基于PID控制的全自动气压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：打开第一电磁阀(5)，关闭第二电磁阀(6)；控制步进电机(2)带动气缸(1)的活塞杆移动；
S2：通过嵌入式控制系统(4)采集压力传感器(7)反馈的实时气压，并通过PID算法控制步进电机(2)运动，以使气压达到设定气压值。
5.根据权利要求4所述的一种基于PID控制的全自动气压控制方法，其特征在于，在进行负气压调节时，进行步骤S1之前先进行以下步骤：
S01：关闭第一电磁阀(5)，打开第二电磁阀(6)；通过步进电机(2)带动气缸(1)的活塞杆运行到行程最小位置。
6.根据权利要求5所述的一种基于PID控制的全自动气压控制方法，其特征在于，在步骤S01中，通过负限位传感器(9)来探测气缸(1)活塞杆的到位情况，并在气缸(1)的活塞杆运行到行程最小位置时，控制步进电机(2)停止运行。
7.根据权利要求4所述的一种基于PID控制的全自动气压控制方法，其特征在于，在进行正气压调节时，进行步骤S1之前先进行以下步骤：
S02：关闭第一电磁阀(5)，打开第二电磁阀(6)；通过步进电机(2)带动气缸(1)的活塞杆运行到行程最大位置。
8.根据权利要求7所述的一种基于PID控制的全自动气压控制方法，其特征在于，在步骤S01中，通过正限位传感器(8)来探测气缸(1)活塞杆的到位情况，并在气缸(1)的活塞杆运行到行程最大位置时，控制步进电机(2)停止运行。
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