CN114815916A - 一种压力测试方法和控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种压力测试方法和控制系统，在一具体实施方式中，该方法包括：S1、压力传感器响应控制器的指令感测被测产品表面的压力并将感测信号传输至多个ADC电压测量模块；S2、所述多个ADC电压测量模块对同一感测通道同时采样转换为多个采集样本电压数据，并传输至所述控制器；S3、所述控制器将所述多个采集样本电压数据进行扩位运算、数据转换以及模糊控制算法处理后，得到所述压力传感器的压力值并将其显示在压力表上；S4、所述控制器计算所述压力表上的压力值与目标压力值之间的差值，若所述差值不满足预设范围时，控制电缸模块继续下压被测产品，直到压力表上的压力值与目标压力值之间的差值满足预设范围。
Description
技术领域
本发明涉及压力控制技术领域，更具体地，涉及一种压力测试方法和控制系统。
背景技术
随着技术发展，工业自动化越来越普及，压力是工业生产中经常要用到的重要参数，压力检测和反馈控制直接影响着工业生产安全和产品质量。对压力测量和控制的提出了很高的要求。目前压力控制系统由于应用场合不一样，控制方式也各不相同，被压介质物体有的形变很小，有的会根据压力大小发生较大形变。普遍存在着压力精度和压力稳定速度需要不断调整匹配才能够达到要求。尤其在软介质压力控制设备中，压力反馈和稳定控制难以稳定。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种压力测试方法和控制系统。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明第一方面提供一种压力测试方法，该方法包括：
S1、压力传感器响应控制器的指令感测被测产品表面的压力并将感测信号传输至多个ADC电压测量模块；
S2、所述多个ADC电压测量模块对同一感测通道同时采样转换为多个采集样本电压数据，并传输至所述控制器；
S3、所述控制器将所述多个采集样本电压数据进行扩位运算、数据转换以及模糊控制算法处理后，得到所述压力传感器的压力值并将其显示在压力表上；
S4、所述控制器计算所述压力表上的压力值与目标压力值之间的差值，若所述差值不满足预设范围时，控制电缸模块继续下压被测产品，直到压力表上的压力值与目标压力值之间的差值满足预设范围。
在一个具体示例中，所述S1包括：
上位机通过串口通信模块向控制器发送控制命令；
控制器接收上位机的控制命令后，根据控制命令向脉冲控制模块发送脉冲产生命令；
脉冲控制模块接收控制器发送的脉冲产生命令产生脉冲；
脉冲驱动电缸驱动器控制模块控制电缸模块运动；
压力传感器感测电缸模块压接被测产品表面的压力并将感测信号传输至多个ADC电压测量模块。
在一个具体示例中，该方法还包括：校准位置，具体为：
将电缸模块归位至机械原点，控制器向脉冲控制模块发送以第一速度向下移动的脉冲产生命令；ADC电压测量模块以压力传感器的响应频率实时采集压力传感器的压力值，经控制器处理后，压力表上显示压力传感器的压力值，当压力表上显示的压力值达到目标压力值时，控制器停止发送脉冲产生命令，并记录当前位置为校准位置。
在一个具体示例中，所述扩位运算为：多个ADC电压测量模块采集的多个采集样本电压数据取平均值。
在一个具体示例中，所述数据转换步骤为：
所述控制器监控到多个ADC电压测量模块采样完成后，按照本次采样和上次采样的差值与最大误差阈值来进行比较，得到当前压力传感器值；
具体比较过程为：
如果(本次采样值–上次采样值)<±10，控制系统按照卡尔曼滤波动态估计出当前压力传感器值；
如果(本次采样值–上次采样值)>＝±10，控制系统按照当前采样值作为当前压力传感器值。
在一个具体示例中，所述卡尔曼滤波动态估计为：
其中，t为本时刻；z为观测值；K为卡尔曼系数；H为观测矩阵；
表示利用观测值和预测值的残差对当前预测值进行调整；
表示根据上一轮的最优估计，计算本轮的预测值，但这并非为最佳估计；Kt为权衡预测状态协方差矩阵P和观察量协方差矩阵R的大小，来决定相信预测模型多一点还是观察模型多一点；
其中，Kt＝Pt -HT(HPt -HT+R)-1，其中，Pt -为计算本轮预测值的系统噪声协方差矩阵；R为观测噪声的协方差矩阵；
其中，Pt -＝FPt-1FT+Q，其中，t-1为上一时刻；F为状态转移矩阵表示我们如何从上一状态推测出当前状态；P为系统噪声协方差矩阵，表示每次的预测值和上一次最优估计误差的协方差矩阵；Q为表示误差的矩阵；
其中，
其中，B为控制矩阵，表示控制量u对当前状态的影响；u表示控制量；
表示它是一个估计值，而不是真实值。
在一个具体示例中，所述模糊控制算法为：
将电缸模块归位至机械原点，控制器向脉冲控制模块发送以第二速度向下移动的脉冲产生命令；移动到离校准位置还有第一间距时将第二速度变为第一速度，以第一速度将电缸模块下降到被测产品的表面时，压力表显示当前压力传感器对应的压力值。
在一个具体示例中，所述步骤S4包括：
所述压力表上的压力值与目标压力值之间的差值不满足预设范围时，控制电缸模块以第一速度继续下压被测产品。
本发明第二方面提供一种压力测试系统，该系统包括：
压力传感器、多个ADC电压测量模块、压力表、控制器和电缸模块，其中，多个ADC电压测量模块内置在控制器上；
所述压力传感器用于响应控制器的指令感测被测产品表面的压力并将感测信号传输至多个ADC电压测量模块；
所述多个ADC电压测量模块用于对同一感测通道同时采样转换为多个采集样本电压数据，并传输至所述控制器；
所述压力表用于显示所述压力传感器的压力值；
所述控制器用于发送指令、用于将所述多个采集样本电压数据进行扩位运算、数据采样滤波以及模糊控制算法处理后，得到所述压力传感器的压力值以及用于计算所述压力表上的压力值与目标压力值之间的差值，若所述差值不满足预设范围时，控制电缸模块继续下压被测产品，直到压力表上的压力值与目标压力值之间的差值满足预设范围；
所述电缸模块用于下压所述被测产品。
在一个具体示例中，该系统还包括：
上位机、串口通信模块、脉冲控制模块和电缸驱动器控制模块，其中，
上位机通过串口通信模块向控制器发送控制命令；
控制器用于向脉冲控制模块发送脉冲产生命令；
脉冲控制模块用于接收控制器发送的脉冲产生命令产生脉冲；
脉冲驱动电缸驱动器控制模块控制电缸模块进行下压运动。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案，提供一种压力测试方法和控制系统，解决了普通压力控制系统上压力监控不精准，压力反馈不及时，压力控制过载振荡，以及无法根据介质形变进行实时跟踪调节的问题。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明实施例提供的一种压力控制系统的示意图。
图2示出本发明实施例提供的一种压力测试方法的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明一个实施例提供一种压力控制系统，包括：上位机10、控制器20、串口通信模块30、脉冲控制模块40、电缸驱动器控制模块50、电缸模块60、压力传感器70、压力表80和ADC电压测量模块90。
其中，上位机10可以为计算机，主要用于通过串口通信模块30向控制器20发送控制命令，串口通信模块30通信简单，稳定可靠，例如上位机10通过Ascii通信向控制器发送控制命令，控制器20通过Ascii通信向上位机10回复其控制命令。
在一个具体示例中，例如上位机10通过串口通信模块30向控制器20发送下压被测产品7kg的目标压力值的控制指令。
控制器20接收上位机10的控制命令后，根据控制命令向脉冲控制模块40发送高精度脉冲产生命令。在一个具体示例中，控制器20可以为STM32H750单片机。
由于电缸模块60无法直接被控制器20驱动，因此需要使用特定的电缸驱动器控制模块50来控制电缸模块60运动，即控制器20发送给脉冲控制模块40的脉冲产生命令来驱动电缸驱动器控制模块50，以使得电缸模块60以第一速度或者第二速度向下移动。
在一个具体示例中，电缸模块60通过机械结构配合海绵状PAD压接，根据目标压力值压接被测产品。
压力传感器70用于响应控制器20的指令感测被测产品表面的压力并将感测信号传输至多个ADC电压测量模块90。
在一个具体示例中，压力传感器70使用的是小形变压力传感器，压力可达10公斤，16位精度。
所述压力表80用于显示所述压力传感器70的压力值。
ADC电压测量模块90可以为独立的模块，也可以内置在控制器20内，采用多个ADC电压测量模块可以提高采集数据的分辨率，保证系统的采用精度。考虑成本及其他因素，本实施例中采用内置在控制器20的三个ADC电压测量模块90，每个ADC电压测量模块90由16位逐次逼近模数转换器组成。
所述三个ADC电压测量模块90用于对同一感测通道同时采样转换为三个采集样本电压数据，并传输至所述控制器。
所述控制器20用于将所述多个采集样本电压数据进行扩位运算、数据采样滤波以及模糊控制算法处理后，得到所述压力传感器70的压力值并将其显示在压力表80上。
所述控制器20还用于计算所述压力表80上的压力值与目标压力值之间的差值，若所述差值不满足预设范围时，控制电缸模块继续下压被测产品，直到压力表上的压力值与目标压力值之间的差值满足预设范围。在一个具体示例中，预设范围例如为±1％。
在一个具体示例中，所述控制系统还包括：以太网通信控制模块100，用于实现上位机10和控制器20的信息交互，协议使用自定义方式，可通过协议将上位机10下发的每一路电压需求命令，转换成控制器20可识别的电压需求。以太网通信控制模块100例如为LAN8742A，通过LAN8742A外部PHY，即可实现10M/100M自适应以太网功能。
本发明另一个实施例提供一种压力测试方法，如图2所示，该方法包括：
S1、压力传感器响应控制器的指令感测被测产品表面的压力并将感测信号传输至多个ADC电压测量模块。
在一个具体示例中，所述S1包括：
S11、上位机通过串口通信模块向控制器发送控制命令；
S12、控制器接收上位机的控制命令后，根据控制命令向脉冲控制模块发送脉冲产生命令；
S13、脉冲控制模块接收控制器发送的脉冲产生命令产生脉冲；
S14、脉冲驱动电缸驱动器控制模块控制电缸模块运动；
S15、压力传感器感测电缸模块压接被测产品表面的压力并将感测信号传输至多个ADC电压测量模块。
在一个具体示例中，在步骤S1之前，该方法还包括S0、校准位置，具体为：
将电缸模块归位至机械原点，控制器向脉冲控制模块发送以第一速度向下移动的脉冲产生命令；ADC电压测量模块以压力传感器的响应频率实时采集压力传感器的压力值，经控制器处理后，压力表上显示压力传感器的压力值，当压力表上显示的压力值达到目标压力值时，控制器停止发送脉冲产生命令，并记录当前位置为校准位置。
在一个具体示例中，将目标压力值7kg作为压力传感器的值，将电缸模块归位至机械原点，控制器向脉冲控制模块发送以5mm/s向下移动的脉冲产生命令；移动到压力表上显示的压力值为7kg时，记录电缸模块下降的位置，为校准位置。
S2、所述多个ADC电压测量模块对同一感测通道同时采样转换为多个采集样本电压数据，并传输至所述控制器。
S3、所述控制器将所述多个采集样本电压数据进行扩位运算、数据转换以及模糊控制算法处理后，得到所述压力传感器的压力值并将其显示在压力表上。
在一个具体示例中，所述扩位运算为：多个ADC电压测量模块采集的多个采集样本电压数据取平均值。
在一个具体示例中，所述数据转换步骤为：
所述控制器监控到多个ADC电压测量模块采样完成后，按照本次采样和上次采样的差值与最大误差阈值来进行比较，得到当前压力传感器值。
在一个具体示例中，最大误差阈值例如为10。
如果(本次采样值–上次采样值)<±10，控制系统按照卡尔曼滤波动态估计出当前压力传感器值；
如果(本次采样值–上次采样值)>＝±10，控制系统按照当前采样值作为当前压力传感器值。
在一个具体示例中，所述卡尔曼滤波动态估计为：
其中，t为本时刻；z为观测值；K为卡尔曼系数；H为观测矩阵；
表示利用观测值和预测值的残差对当前预测值进行调整；
表示根据上一轮的最优估计，计算本轮的预测值，但这并非为最佳估计；Kt为权衡预测状态协方差矩阵P和观察量协方差矩阵R的大小，来决定相信预测模型多一点还是观察模型多一点；
其中，Kt＝Pt -HT(HPt -HT+R)-1，其中，Pt -为计算本轮预测值的系统噪声协方差矩阵；R为观测噪声的协方差矩阵；
其中，Pt -＝FPt-1FT+Q，其中，t-1为上一时刻；F为状态转移矩阵表示我们如何从上一状态推测出当前状态；P为系统噪声协方差矩阵，表示每次的预测值和上一次最优估计误差的协方差矩阵；Q为表示误差的矩阵；
其中，
其中，B为控制矩阵，表示控制量u对当前状态的影响；u表示控制量；
表示它是一个估计值，而不是真实值。
在一个具体示例中，所述模糊控制算法为：
将电缸模块归位至机械原点，控制器向脉冲控制模块发送以第二速度向下移动的脉冲产生命令；移动到离校准位置还有第一间距时将第二速度变为第一速度，以第一速度将电缸模块下降到被测产品的表面时，压力表显示当前压力传感器对应的压力值。
在一个具体示例中，第二速度为200mm/s，第一间距为5mm，压力传感器的响应频率为100Hz，目标压力值为7kg，当使用本发明实施例提供的压力控制系统进行被测产品的压力测试时，先进行电缸模块下压被测产品到达目标压力值的位置的校准，多个ADC电压测量模块以压力传感器的响应频率实时采集到多个采集样本电压数据后，传输给控制器，控制器进行算法的处理，控制电缸模块以200m/s的速度向下移动，当下降的距离离校准位置还有5mm时，控制电缸模块以5mm/s的速度下移动，直到下降到被测产品表面时，压力表显示当前压力传感器对应的压力值。
S4、所述控制器计算所述压力表上的压力值与目标压力值之间的差值，若所述差值不满足预设范围时，控制电缸模块继续下压被测产品，直到压力表上的压力值与目标压力值之间的差值满足预设范围。
在一个具体示例中，预设范围为0.01，当压力表上的压力值与目标压力值之间的差值大于±0.01时，即不满足差值不满足预设范围，此时，脉冲控制电缸模块继续下压被测产品。实际应用中，由于电缸模块通过机械结构配合海绵状压接PAD，所以压力表上的压力值不会超出目标压力值7kg，即当压力表上的压力值不足6.99kg时，继续下压电缸模块，直到压力表上的压力值达到6.99kg，
在一个具体示例中，所述步骤S4包括：
所述压力表上的压力值与目标压力值之间的差值不满足预设范围时，控制电缸模块以第一速度继续下压被测产品，本实施例中，第一速度为5mm/s。
本发明实施例提供的一种压力测试方法和系统，解决了普通压力控制系统上压力监控不精准，压力反馈不及时，压力控制过载振荡，以及无法根据介质形变进行实时跟踪调节的问题。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种压力测试方法，其特征在于，该方法包括：
S1、压力传感器响应控制器的指令感测被测产品表面的压力并将感测信号传输至多个ADC电压测量模块；
S2、所述多个ADC电压测量模块对同一感测通道同时采样转换为多个采集样本电压数据，并传输至所述控制器；
S3、所述控制器将所述多个采集样本电压数据进行扩位运算、数据转换以及模糊控制算法处理后，得到所述压力传感器的压力值并将其显示在压力表上；
S4、所述控制器计算所述压力表上的压力值与目标压力值之间的差值，若所述差值不满足预设范围时，控制电缸模块继续下压被测产品，直到压力表上的压力值与目标压力值之间的差值满足预设范围。
2.根据权利要求1所述的压力测试方法，其特征在于，所述S1包括：
上位机通过串口通信模块向控制器发送控制命令；
控制器接收上位机的控制命令后，根据控制命令向脉冲控制模块发送脉冲产生命令；
脉冲控制模块接收控制器发送的脉冲产生命令产生脉冲；
脉冲驱动电缸驱动器控制模块控制电缸模块运动；
压力传感器感测电缸模块压接被测产品表面的压力并将感测信号传输至多个ADC电压测量模块。
3.根据权利要求1所述的压力测试方法，其特征在于，该方法还包括：校准位置，具体为：
将电缸模块归位至机械原点，控制器向脉冲控制模块发送以第一速度向下移动的脉冲产生命令；ADC电压测量模块以压力传感器的响应频率实时采集压力传感器的压力值，经控制器处理后，压力表上显示压力传感器的压力值，当压力表上显示的压力值达到目标压力值时，控制器停止发送脉冲产生命令，并记录当前位置为校准位置。
4.根据权利要求3所述的压力测试方法，其特征在于，所述扩位运算为：多个ADC电压测量模块采集的多个采集样本电压数据取平均值。
5.根据权利要求4所述的压力测试方法，其特征在于，所述数据转换步骤为：
所述控制器监控到多个ADC电压测量模块采样完成后，按照本次采样和上次采样的差值与最大误差阈值来进行比较，得到当前压力传感器值；
具体比较过程为：
如果(本次采样值–上次采样值)<±10，控制系统按照卡尔曼滤波动态估计出当前压力传感器值；
如果(本次采样值–上次采样值)>＝±10，控制系统按照当前采样值作为当前压力传感器值。
6.根据权利要求5所述的压力测试方法，其特征在于，所述卡尔曼滤波动态估计为：
其中，t为本时刻；z为观测值；K为卡尔曼系数；H为观测矩阵；
表示利用观测值和预测值的残差对当前预测值进行调整；
表示根据上一轮的最优估计，计算本轮的预测值，但这并非为最佳估计；Kt为权衡预测状态协方差矩阵P和观察量协方差矩阵R的大小，来决定相信预测模型多一点还是观察模型多一点；
其中，Kt＝Pt -HT(HPt -HT+R)-1，其中，Pt -为计算本轮预测值的系统噪声协方差矩阵；R为观测噪声的协方差矩阵；
其中，Pt -＝FPt-1FT+Q，其中，t-1为上一时刻；F为状态转移矩阵表示我们如何从上一状态推测出当前状态；P为系统噪声协方差矩阵，表示每次的预测值和上一次最优估计误差的协方差矩阵；Q为表示误差的矩阵；
其中，
其中，B为控制矩阵，表示控制量u对当前状态的影响；u表示控制量；
表示它是一个估计值，而不是真实值。
7.根据权利要求6所述的压力测试方法，其特征在于，所述模糊控制算法为：
将电缸模块归位至机械原点，控制器向脉冲控制模块发送以第二速度向下移动的脉冲产生命令；移动到离校准位置还有第一间距时将第二速度变为第一速度，以第一速度将电缸模块下降到被测产品的表面时，压力表显示当前压力传感器对应的压力值。
8.根据权利要求7所述的压力测试方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
所述压力表上的压力值与目标压力值之间的差值不满足预设范围时，控制电缸模块以第一速度继续下压被测产品。
9.一种压力测试系统，其特征在于，该系统包括：
压力传感器、多个ADC电压测量模块、压力表、控制器和电缸模块，其中，多个ADC电压测量模块内置在控制器上；
所述压力传感器用于响应控制器的指令感测被测产品表面的压力并将感测信号传输至多个ADC电压测量模块；
所述多个ADC电压测量模块用于对同一感测通道同时采样转换为多个采集样本电压数据，并传输至所述控制器；
所述压力表用于显示所述压力传感器的压力值；
所述控制器用于发送指令、用于将所述多个采集样本电压数据进行扩位运算、数据采样滤波以及模糊控制算法处理后，得到所述压力传感器的压力值以及用于计算所述压力表上的压力值与目标压力值之间的差值，若所述差值不满足预设范围时，控制电缸模块继续下压被测产品，直到压力表上的压力值与目标压力值之间的差值满足预设范围；
所述电缸模块用于下压所述被测产品。
10.根据权利要求9所述的压力测试系统，其特征在于，该系统还包括：
上位机、串口通信模块、脉冲控制模块和电缸驱动器控制模块，其中，
上位机通过串口通信模块向控制器发送控制命令；
控制器用于向脉冲控制模块发送脉冲产生命令；
脉冲控制模块用于接收控制器发送的脉冲产生命令产生脉冲；
脉冲驱动电缸驱动器控制模块控制电缸模块进行下压运动。
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| CN112985990A (zh) * | 2021-02-20 | 2021-06-18 | 苏州华兴源创科技股份有限公司 | 压力检测装置、压力检测方法、计算机设备和存储介质 |
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2022
- 2022-03-22 CN CN202210283329.8A patent/CN114815916A/zh active Pending
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