CN115388329B - 一种气瓶供气装置及其压力控制方法 - Google Patents

一种气瓶供气装置及其压力控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种气瓶供气装置及其压力控制方法，气瓶供气装置包括依次连接的气瓶、第一压力传感器、电磁比例阀和第二压力传感器，第一压力传感器用于检测气瓶压力，第二压力传感器用于检测气瓶供气装置的输出压力，所述电磁比例阀为电流控制比例阀，配置为根据气瓶压力变化值及气瓶供气装置的输出压力的变化值调整其电流值。本申请通过在气瓶后设置检测气瓶压力的第一压力传感器，引入根据气瓶压力变化计算得到电磁比例阀的补偿电流的方法，从而达到稳定气瓶供气装置输出压力的效果。

Description

一种气瓶供气装置及其压力控制方法
技术领域
本申请涉及电气控制技术领域，具体涉及一种气瓶供气装置及其压力控制方法。
背景技术
目前多采用内置气瓶的方式给环境分析仪器供气，为了精确稳定的控制供气压力，现有的气瓶供气装置通常在气瓶后连接EPC(电子压力控制)电磁阀，通过调节电磁阀的开度调节气体压力。然而，供气气瓶外部温度变化以及气瓶内气体的释放会导致气瓶供气压力发生变化，进而影响电磁阀后端出口压力的快速稳定。现有技术中，通常仅在EPC电磁阀后端出口处设置出口压力传感器，根据获取到的出气压力对电磁阀进行反馈控制来稳定输出压力，而没有针对气瓶压力变化所引起的压力波动进行及时的补偿控制，因而导致气瓶供气装置的供气压力稳定性不足。
发明内容
本申请提供了一种气瓶供气装置及其压力控制方法，以解决现有的供气装置及供气方法的供气压力稳定性不足的问题。
根据本申请的第一方面，提供了一种气瓶供气装置，包括依次连接的气瓶、第一压力传感器、电磁比例阀和第二压力传感器；所述第一压力传感器用于检测气瓶压力，所述第二压力传感器用于检测气瓶供气装置的输出压力；所述电磁比例阀为电流控制比例阀，配置为根据气瓶压力变化值及气瓶供气装置的输出压力的变化值调整其电流值。
进一步地，所述电磁比例阀与第二压力传感器之间设置有气体缓冲瓶。
根据本申请的第二方面，提供了一种适用于如本申请第一方面提供的气瓶供气装置的压力控制方法，包括如下步骤：
S1：设置气瓶供气装置的输出压力设定值P设置，获取初始气瓶压力值P0瓶，基于气瓶压力值与电磁比例阀电流的函数关系，计算得到对应于初始气瓶压力值P0瓶的电磁比例阀电流初始值I0；
S2：获取当前气瓶压力值P1瓶，计算得到当前气瓶压力值P1瓶与初始气瓶压力值P0瓶的气瓶压力变化值ΔP瓶＝P1瓶-P0瓶，基于公式ΔI瓶＝ΔP瓶×K瓶，计算得到对应于气瓶压力变化的电磁比例阀电流补偿增量ΔI瓶，其中K瓶为比例系数；
S3：获取当前气瓶供气装置的输出压力值P1出，基于公式ΔI出＝K×[e(k)-e(k-1)]+I×e(k)+D×[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]，计算得到对应于出口压力变化的电磁比例阀电流补偿增量ΔI出，其中，K为比例参数，I为积分参数，D为微分参数，e(k)为气瓶供气装置的输出压力设定值P设置与当前气瓶供气装置的输出压力值P1出的差值，e(k-1)为前一控制周期的e(k)，e(k-2)为前一控制周期的e(k-1)；
S4：获取电磁比例阀电流补偿总增量ΔI总＝ΔI出+ΔI瓶，基于电磁比例阀电流初始值和电流补偿总增量，计算得到电磁比例阀电流更新值I1＝ΔI总+I0，将电磁比例阀电流更新值输出至电流比例阀进行控制；
S5：将当前气瓶压力值P1瓶作为初始气瓶压力值P0瓶，将当前输出压力值P1出作为初始输出压力值P0出，将电磁比例阀电流更新值I1作为电磁比例阀电流初始值I0，按照控制周期重复步骤S2-S5。
进一步地，所述气瓶压力值与电磁比例阀电流的函数关系为：I＝A×P瓶 2+B×P瓶+C，其中：I为电磁比例阀电流，P瓶为气瓶压力值，A、B、C为拟合系数。
进一步地，所述拟合系数A、B、C的计算方法为：获取不同气瓶供气压力下使气瓶供气装置的输出压力达到设定值P设置时对应的电磁比例阀的电流值，对多组气瓶供气压力及对应的电磁比例阀的电流值进行拟合，得到拟合系数A、B、C。
优选的，所述不同气瓶供气压力为分别设置气瓶供气压力为气瓶压力额定值的5％、10％、30％、50％、70％、80％及100％。
进一步地，所述步骤S2还包括，比较对应于气瓶压力变化的电磁比例阀电流补偿增量的绝对值|ΔI瓶|与预设阈值ΔImax的大小，
当电流补偿增量的绝对值|ΔI瓶|大于预设阈值ΔImax时，若电流补偿增量ΔI瓶小于零，设置电流补偿增量ΔI瓶等于预设阈值的负数-ΔImax，若电流补偿增量ΔI瓶大于零，设置电流补偿增量ΔI瓶等于预设阈值ΔImax。
当电流补偿增量的绝对值|ΔI瓶|小于等于预设阈值ΔImax时，保持电流补偿增量ΔI瓶不变。
优选的，所述预设阈值ΔImax的取值范围为电磁比例阀最大电流值Imax的2％-5％。
进一步地，所述步骤S4还包括，比较电磁比例阀电流更新值I1与电磁比例阀最小电流值Imin及电磁比例阀最大电流值Imax的大小，若电磁比例阀电流更新值I1小于电磁比例阀最小电流值Imin，则设置电磁比例阀电流更新值I1等于电磁比例阀最小电流值Imin；若电磁比例阀电流更新值I1大于电磁比例阀最大电流值Imax，则设置电磁比例阀电流更新值I1等于电磁比例阀最大电流值Imax；若电磁比例阀电流更新值I1大于等于电磁比例阀最小电流值Imin且小于等于电磁比例阀最大电流值Imax，则保持电磁比例阀电流更新值I1不变。
本申请对比现有技术具有如下有益效果：本申请提供的气瓶供气装置及其压力控制方法，通过在气瓶后端设置检测气瓶压力的第一压力传感器，根据气瓶压力的变化计算得到电磁比例阀的补偿电流并对电磁比例阀的开度进行控制，达到稳定电磁比例阀后端输出压力的目的，从而能够针对气瓶压力变化所引起的压力波动进行及时的补偿控制，有效提升了气瓶供气装置的供气压力稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种气瓶供气装置结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种气瓶供气装置的压力控制方法的流程图。
图中：
1、气瓶；2、第一压力传感器；3、电磁比例阀；4、气体缓冲瓶；5、第二压力传感器；6、气路节流件。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下面以具体的实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1为本申请实施例提供的一种气瓶供气装置的结构示意图，从图中可以示出，本申请实施例提供的气瓶供气装置，包括依次连接的气瓶1、第一压力传感器2、电磁比例阀3和第二压力传感器5；其中，第一压力传感器2用于检测气瓶1的压力，第二压力传感器5用于检测气瓶供气装置的输出压力；电磁比例阀3为电流控制比例阀，其被配置为根据气瓶压力变化值及气瓶供气装置的输出压力的变化值调整其电流值，进而根据调整后的电流值调整其开度。
本申请实施例中，优选地，所述电磁比例阀3与第二压力传感器5之间还设置有气体缓冲瓶4，通过在气路中增加气体缓冲瓶4能够起到稳定气流的作用，从而提高第二压力传感器5测量得到的气瓶供气装置的输出压力的稳定性。
本申请实施例中，所述第二压力传感器5后端还可以连接气路节流件6，用以控制气瓶供气装置的输出流量。
在本申请实施例提供的一种气瓶供气装置的基础上，如图2所示，本申请实施例还提供了一种气瓶供气装置的压力控制方法，包括如下步骤：
S1：设置气瓶供气装置的输出压力设定值P设置，获取初始气瓶压力值P0瓶，基于气瓶压力值与电磁比例阀电流的函数关系，计算得到对应于初始气瓶压力值P0瓶的电磁比例阀电流初始值I0。
本申请实施例中，气瓶压力值与电磁比例阀电流的函数关系可以为：I＝A×P瓶 2+B×P瓶+C，其中：I为电磁比例阀电流，P瓶为气瓶压力值，A、B、C为拟合系数。
本申请实施例中，优先的，所述拟合系数A、B、C可以采用如下方法计算：在气瓶供气压力设置为气瓶压力额定值的5％、10％、30％、50％、70％、80％及100％的情况下，获取使气瓶供气装置的输出压力达到设定值P设置时对应的电磁比例阀3的电流值，对多组气瓶供气压力及对应的电磁比例阀3的电流值进行二次多项式拟合，从而得到拟合系数A、B、C。
S2：获取当前气瓶压力值P1瓶，计算得到当前气瓶压力值P1瓶与初始气瓶压力值P0瓶的气瓶压力变化值ΔP瓶＝P1瓶-P0瓶，基于公式ΔI瓶＝ΔP瓶×K瓶，计算得到对应于气瓶压力变化的电磁比例阀电流补偿增量ΔI瓶，其中K瓶为比例系数。
本申请实施例中，所述比例参数K瓶可以根据经验或实际情况进行调整。
本申请实施例中，由于在正常使用中气瓶压力的变化是连续且较为缓慢的过程，对应的相邻周期的电磁比例阀电流补偿增量ΔI瓶的值是有限的，需要判断电磁比例阀电流补偿增量ΔI瓶是否在预设阈值ΔImax的限制区间内，因此，进一步比较对应于气瓶压力变化的电磁比例阀电流补偿增量的绝对值|ΔI瓶|与预设阈值ΔImax的大小，
当电流补偿增量的绝对值|ΔI瓶|大于预设阈值ΔImax时，需要对电流补偿增量ΔI瓶进行限制，此时若电流补偿增量ΔI瓶小于零，设置电流补偿增量ΔI瓶等于预设阈值的负数-ΔImax，若电流补偿增量ΔI瓶大于零，设置电流补偿增量ΔI瓶等于预设阈值ΔImax。
当电流补偿增量的绝对值|ΔI瓶|小于等于预设阈值ΔImax时，无需对电流补偿增量ΔI瓶进行限制，此时可以保持电流补偿增量ΔI瓶不变。
本申请实施例中，优选的，所述预设阈值ΔImax的取值范围可以设置为电磁比例阀最大电流值Imax的2％-5％。这样设置是考虑到，如果ΔI瓶的值超过5％Imax，说明可能不是因为气瓶压力正常减小导致的供气压力波动，而是因为气瓶1连接漏气或者气路堵塞等情况导致的供气压力波动，因此，设置预设阈值ΔImax可以调整范围不超过电磁比例阀最大电流值Imax的5％。
但值得注意的是，以上预设阈值ΔImax的取值范围仅为一种示例，本领域技术人员也可以基于实际情况所使用的气瓶容量和气瓶供气装置后端输出压力的情况调整所述预设阈值ΔImax的取值范围。
S3：获取当前气瓶供气装置的输出压力值P1出，基于公式ΔI出＝K×[e(k)-e(k-1)]+I×e(k)+D×[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]，计算得到对应于出口压力变化的电磁比例阀电流补偿增量ΔI出，其中，K为比例参数，I为积分参数，D为微分参数，e(k)为气瓶供气装置的输出压力设定值P设置与当前气瓶供气装置的输出压力值P1出的差值，e(k-1)为前一控制周期的e(k)，e(k-2)为前一控制周期的e(k-1)。
本申请实施例中，所述比例参数K、积分参数I、微分参数D的数值可根据需要进行设置，本申请实施例并不对此进行限定。
S4：获取电磁比例阀电流补偿总增量ΔI总＝ΔI出+ΔI瓶，基于电磁比例阀电流初始值和电流补偿总增量，计算得到电磁比例阀电流更新值I1＝ΔI总+I0，将电磁比例阀电流更新值输出至电流比例阀进行控制。
本申请实施例中，由于电磁比例阀为电流控制比例阀，其具有可以负荷的最小电流值Imin和最大电流值Imax，电磁比例阀电流更新值I1需要限制在电磁比例阀最小电流值Imin及电磁比例阀最大电流值Imax之间，才能够保证电磁比例阀的正常工作。
因此，需要比较电磁比例阀电流更新值I1与电磁比例阀最小电流值Imin及电磁比例阀最大电流值Imax的大小，若电磁比例阀电流更新值I1小于电磁比例阀最小电流值Imin，则设置电磁比例阀电流更新值I1等于电磁比例阀最小电流值Imin；若电磁比例阀电流更新值I1大于电磁比例阀最大电流值Imax，则设置电磁比例阀电流更新值I1等于电磁比例阀最大电流值Imax；若电磁比例阀电流更新值I1大于等于电磁比例阀最小电流值Imin且小于等于电磁比例阀最大电流值Imax，则保持电磁比例阀电流更新值I1不变。
S5：将当前气瓶压力值P1瓶作为初始气瓶压力值P0瓶，将当前输出压力值P1出作为初始输出压力值P0出，将电磁比例阀电流更新值I1作为电磁比例阀电流初始值I0，按照控制周期重复步骤S2-S5，从而实现气瓶供气装置输出压力的持续稳定控制。
本申请实施例中，通过将当前气瓶压力值作为初始气瓶压力值，将当前输出压力值作为初始输出压力值，将电磁比例阀电流更新值作为电磁比例阀电流初始值，能够基于下一控制周期得到的气瓶压力值以及气瓶供气装置输出压力值对电磁比例阀的开度进行及时调节，从而实现持续稳定输出压力的目的。
综上所述，本申请实施例提供的气瓶供气装置及其压力控制方法，在气瓶1后端设置检测气瓶压力的第一压力传感器2，根据气瓶压力的变化计算得到对应于气瓶压力变化的电磁比例阀3的补偿电流，并基于获取到的对应于气瓶压力变化的电磁比例阀3的补偿电流以及对应于气瓶供气装置输出电压的电磁比例阀3的补偿电流对电磁比例阀3的开度进行控制，进而达到稳定电磁比例阀3后端输出压力的目的；同时在气路中增加气体缓冲瓶4，起到稳定气流作用，提高了第二压力传感器4测量数据的稳定性，进而进一步提升系统控制稳定性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种气瓶供气装置的压力控制方法，其特征在于，所述气瓶供气装置包括依次连接的气瓶、第一压力传感器、电磁比例阀和第二压力传感器；所述第一压力传感器用于检测气瓶压力，所述第二压力传感器用于检测气瓶供气装置的输出压力；所述电磁比例阀为电流控制比例阀，配置为根据气瓶压力变化值及气瓶供气装置的输出压力的变化值调整其电流值，所述压力控制方法包括如下步骤：
S1：设置气瓶供气装置的输出压力设定值P设置，获取初始气瓶压力值P0瓶，基于气瓶压力值与电磁比例阀电流的函数关系，计算得到对应于初始气瓶压力值P0瓶的电磁比例阀电流初始值I0；
S2：获取当前气瓶压力值P1瓶，计算得到当前气瓶压力值P1瓶与初始气瓶压力值P0瓶的气瓶压力变化值ΔP瓶＝P1瓶-P0瓶，基于公式ΔI瓶＝ΔP瓶×K瓶，计算得到对应于气瓶压力变化的电磁比例阀电流补偿增量ΔI瓶，其中K瓶为比例系数；
S3：获取当前气瓶供气装置的输出压力值P1出，基于公式ΔI出＝K×[e(k)-e(k-1)]+I×e(k)+D×[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]，计算得到对应于出口压力变化的电磁比例阀电流补偿增量ΔI出，其中，K为比例参数，I为积分参数，D为微分参数，e(k)为气瓶供气装置的输出压力设定值P设置与当前气瓶供气装置的输出压力值P1出的差值，e(k-1)为前一控制周期的e(k)，e(k-2)为前一控制周期的e(k-1)；
S4：获取电磁比例阀电流补偿总增量ΔI总＝ΔI出+ΔI瓶，基于电磁比例阀电流初始值和电流补偿总增量，计算得到电磁比例阀电流更新值I1＝ΔI总+I0，将电磁比例阀电流更新值输出至电流比例阀进行控制；
S5：将当前气瓶压力值P1瓶作为初始气瓶压力值P0瓶，将当前输出压力值P1出作为初始输出压力值P0出，将电磁比例阀电流更新值I1作为电磁比例阀电流初始值I0，按照控制周期重复步骤S2-S5。
2.如权利要求1所述的压力控制方法，其特征在于，所述气瓶压力值与电磁比例阀电流的函数关系为：I＝A×P瓶 2+B×P瓶+C，其中：I为电磁比例阀电流，P瓶为气瓶压力值，A、B、C为拟合系数。
3.如权利要求2所述的压力控制方法，其特征在于，所述拟合系数A、B、C的计算方法为：
获取不同气瓶供气压力下使气瓶供气装置的输出压力达到设定值P设置时对应的电磁比例阀的电流值，对多组气瓶供气压力及对应的电磁比例阀的电流值进行拟合，得到拟合系数A、B、C。
4.如权利要求3所述的压力控制方法，其特征在于，所述不同气瓶供气压力为分别设置气瓶供气压力为气瓶压力额定值的5％、10％、30％、50％、70％、80％及100％。
5.如权利要求1所述压力控制方法，其特征在于，所述步骤S2还包括，比较对应于气瓶压力变化的电磁比例阀电流补偿增量的绝对值|ΔI瓶|与预设阈值ΔImax的大小，
当电流补偿增量的绝对值|ΔI瓶|大于预设阈值ΔImax时，若电流补偿增量ΔI瓶小于零，设置电流补偿增量ΔI瓶等于预设阈值的负数-ΔImax，若电流补偿增量ΔI瓶大于零，设置电流补偿增量ΔI瓶等于预设阈值ΔImax；
当电流补偿增量的绝对值|ΔI瓶|小于等于预设阈值ΔImax时，保持电流补偿增量ΔI瓶不变。
6.如权利要求5所述的压力控制方法，其特征在于，所述预设阈值ΔImax的取值范围为电磁比例阀最大电流值Imax的2％-5％。
7.如权利要求1所述的压力控制方法，其特征在于，所述步骤S4还包括，比较电磁比例阀电流更新值I1与电磁比例阀最小电流值Imin及电磁比例阀最大电流值Imax的大小，若电磁比例阀电流更新值I1小于电磁比例阀最小电流值Imin，则设置电磁比例阀电流更新值I1等于电磁比例阀最小电流值Imin；若电磁比例阀电流更新值I1大于电磁比例阀最大电流值Imax，则设置电磁比例阀电流更新值I1等于电磁比例阀最大电流值Imax；若电磁比例阀电流更新值I1大于等于电磁比例阀最小电流值Imin且小于等于电磁比例阀最大电流值Imax，则保持电磁比例阀电流更新值I1不变。
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