CN117111445A - 精密注射泵用多通道校准装置及改进pid控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的精密注射泵用多通道校准装置及改进PID控制方法，包括试剂存储系统、进样‑分流系统以及磁力搅拌定容系统，所述试剂存储系统包括存储容器组件和水样存储组件，所述进样‑分流系统包括阀组件、注射泵、微量泵、第一切换阀以及第二切换阀，所述磁力搅拌定容系统包括定容容器、第三切换阀以及磁性搅拌组件，还包括控制分析系统，所述控制分析系统包括PLC、自动控制模块、数据分析模块以及显示模块，本发明的多通道校准装置的校准精度较好、价格低廉、而且通过PID控制方法有效提高了校准装置的温度控制性能。
Description
技术领域
本发明涉及注射泵技术领域，具体为精密注射泵用多通道校准装置及改进PID控制方法。
背景技术
注射泵的注射精度以及注射稳定性提高直接和间接的帮助了相关行业的进步，注射泵的精度直接影响了其相关行业在科学技术的实验结果，进而影响了科学行业的进步体现。注射泵的技术提升，随之改变的是整个产业的提升，在应用广泛的医疗、环保、计量行业直接提升了设备的技术参数，随着注射泵技术的提升和突破将会大幅突破原有技术和产业的瓶颈，积极推动整个行业的进步，为人类整个产业发展提供助力。
国外进口品牌的泵虽然技术性强，性能稳定，但价格高昂，耗品耗材购买周期较长，随着国家经济的发展，陆续出现了很多的国内品牌的微量注射泵，且技术逐渐成熟，相对于国外进口注射泵，国内的价格便宜，售后及时，备品备件备货时间较短。
为满足不同配液以及样本配比环境要求，此发明还结合了配比环境的温度实时控制，常规的温度控制算法是根据传统PID进行控制，在传统的PID控制算法中，PID控制器基于时间离散的采样值来计算控制指令。在传统PID算法中，采样时间固定且恒定，无法适应噪声的变化频率，这种基于采样时间的PID算法存在着对高频噪声不敏感的问题。本发明通过将时间基参数代入微分增益参数中，使得基于时间基的PID控制算法更能有效抑制高频噪声。
因此研发出精度较好、价格低廉、控制性能高的微量注射泵，并将其应用至各行各业，将有利于整个仪器行业的发展。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了精密注射泵用多通道校准装置及改进PID控制方法，校准装置的校准精度较好、价格低廉、而且通过基于时间基的PID控制方法能够有效提高校准装置的温度控制性能。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
精密注射泵用多通道校准装置，其特征在于：包括试剂存储系统、进样-分流系统以及磁力搅拌定容系统，所述试剂存储系统包括存储容器组件和水样存储组件，所述存储容器组件内盛放有蒸馏水，所述水样存储组件中存储有母液，所述进样-分流系统包括阀组件、注射泵、微量泵、第一切换阀以及第二切换阀，所述磁力搅拌定容系统包括定容容器和第三切换阀，所述注射泵包括第一注射泵、第二注射泵以及第三注射泵，所述水样存储组件连接阀组件，所述阀组件分别连接第一注射泵和微量泵，所述第一注射泵连接第一切换阀，所述微量泵和第一切换阀分别连接定容容器，所述第二注射泵的一端连接外部仪器并抽取外部仪器内的液体，另一端连接第二切换阀，所述第二切换阀连接定容容器，所述存储容器组件连接在第三注射泵上，所述第三注射泵连接在第三切换阀上，所述第三切换阀通过连接定容容器，所述磁力搅拌定容系统还包括磁性搅拌组件，所述搅拌组件安装在定容容器中，还包括控制分析系统，所述控制分析系统包括PLC、自动控制模块、数据分析模块以及显示模块，所述自动控制模块、数据分析模块以及显示模块分别连接在PLC上，所述自动控制模块连接搅拌组件并控制其进行搅拌。
上述结构中：本发明提出了精密注射泵用多通道校准装置，包括试剂存储系统、进样-分流系统以及磁力搅拌定容系统，其中，试剂存储系统包括存储容器组件和水样存储组件，存储容器组件内盛放有蒸馏水，水样存储组件中存储有母液，进样-分流系统包括阀组件、注射泵、微量泵、第一切换阀以及第二切换阀，磁力搅拌定容系统包括定容容器、第三切换阀以及磁性搅拌组件，控制分析系统，所述控制分析系统包括PLC、自动控制模块、数据分析模块以及显示模块。
在使用时，通过第三注射泵和第三切换阀分别向定容容器中注入蒸馏水，然后通过第一注射泵和第一切换阀向定容容器内注入水样处理定容后的母液，还可以通过微量泵泵向定容容器内注入母液，实现精准加注，然后通过第二注射泵抽取外部仪器的液体，通过第二切换阀向定容容器内注入，以此实现注射泵的多通道校准，还通过设置进行自动控制机械动作的自动控制模块、完成数据分析的数据处理模块、进行数据和操作等的显示模块，以此实现自动化控制搅拌以及数据处理和存储以及通过显示模块进行控制校准装置。
其中，母液的定量方式选用注射泵和微量泵进行双重精确定量，其精度在2%以内，可直接准确定量小至0.1ml，大至5ml的定量体积，而微量泵的固定体积为10ul，这样可以更大限度将最小取样体积缩小至10ul，用以保证低浓度的标液的配制，而且保证其配制的标准样品符合计量的要求。
将管道与其他部件连接起来，反应物在被检测之前也需要在反应管道中经历一定的分散与反应过程，本发明中采用内径为0.8的聚四氟乙烯管组成，相应的管道外径应为1.6 mm左右，管壁太薄容易引起弯曲处折成死角而使管道堵塞，长的管道可以绕成圈或打结后使用。
管道与各切换阀及其他部件的链接应牢靠，工作时无泄漏，同时又要求方便，易于更换管道，本发明采用管冷翻边，压环压紧，管接头密封安装方式。
进一步的：所述存储容器组件包括试剂瓶，所述蒸馏水盛放在试剂瓶内，所述水样存储系统包括有水样定容瓶，所述水样定容瓶内盛放有水样处理定容后的母液。
进一步的：所述第一注射泵的流量为5Ml,所述第二注射泵的流量为25Ml,所述第三注射泵的流量为100mL。
上述结构中：通过选择大体积的100ml的第三注射泵作为蒸馏水的进样方式进行进样，能够避免多次取水带来的间接误差。
通过选择25ml第二注射泵作为去除定容后的外部液体的动力，可以进行多次的润洗，避免交叉污染。
进一步的：所述阀组件为电磁阀，所述电磁阀为三通或四通电磁阀。
上述结构中：阀组件为电磁阀，方便进行控制，电磁阀为三通或四通电磁阀用于输出到不同的泵中实现进样。
进一步的：所述定容容器设置有五个，所述第三切换阀为五通阀，五通阀分别通过管道连接在五个定容容器上。
进一步的：所述第一切换阀和第二切换阀均为五通阀，所述第一切换阀和第二切换阀上的五个阀孔上分别安装有管道，所述管道的另一端分别连接在五个定容容器上，所述微量泵通过管道连接在最侧边的定容容器上。
上述结构中：第一切换阀、第二切换阀以及第三切换阀的进样方式均采用5通阀门进行选择性进样，不存在交叉污染，可以避免长时间机械磨损造成的变形和漏液，且阀门的线圈可直接进行更换、拆卸。
进一步的：所述磁性搅拌组件包括电机、磁铁以及搅拌轴，所述磁铁安装在搅拌轴上，所述搅拌轴安装在电机的输出轴上，所述自动控制模块连接电机并对其进行控制。
上述结构中：采用磁力搅拌做为定容罐的搅拌混合装置，能够有效避免空气中的其他物质带来的误差。
对样本原液及原液比例配比过程环境温度进行全过程高精度控制，在控制系统中，建立一次功率计算公式，结合基于时间基的PID对温度进行控制，同时通过遗传算法对基于时间基的PID参数进行优化。具体步骤如下：
步骤1.1，建立基于时间基的PID控制算法：
在PID中，微分变量表示为：
；
式中，h是函数的时间基，/>是t时刻控制系统的出口温度反馈与温度指令误差，则PD控制器表示为：
；
式中， 是比例增益，/>是微分增益，将式（2）改写为：
；
同时，将比例增益和微分增益表示为；
；
；
式中，，则将式（3）转换为：
；
在PD中加入积分项，获得基于时间基的PID控制算法：
；
式中，是积分增益，/>是基于时间基的瞬时增益，/>是基于时间基的补偿增益；
步骤1.2，计算加热器一次加热功率：
加热器一次加热功率表示为：
；
式中，为t时刻的一次加热功率，/>为加热功率系数，/>为t时刻的温差，/>为t时刻的升温时间；
步骤1.3，通过遗传算法对参数进行寻优；
步骤1.4，获得温度控制的最终加热功率：
；
式中，为温度控制的加热功率。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本发明通过设置的第一注射泵、第二注射泵以及第三注射泵实现对定容容器的精准加注，以此实现注射泵的多通道校准，其校准精度较好、价格低廉、而且通过PID控制方法能够有效提高校准装置的控制性能，使得其校准精度极高。
2. 本发明提高了温度控制系统的响应速度：由于采样时间可以自动适应噪声的变化频率，基于时间基的PID算法能够更及时地对系统变化做出响应，从而提高整个控制系统的响应速度。
3. 本发明降低了温度控制高频噪声的影响：高频噪声对控制系统的影响通常较大，传统PID算法很难有效地抑制这些噪声，基于时间基的PID算法则能够对这些高频噪声进行精确的控制，降低其对系统的干扰。
附图说明
图1本发明中精密注射泵用多通道校准装置的结构示意图；
图2是本发明中精密注射泵用多通道校准装置的详细结构图；
图3是本发明中温度控制流程图。
附图标记列表：
1、试剂存储系统；11、水样存储器组件；12、存储容器组件；2、进样-分流系统；21、微量泵；22、第一注射泵；23、第二注射泵；24、第三注射泵；25、阀组件；26、外部仪器；27、第一切换阀；28、第二切换阀；3、磁力搅拌定容系统；31、定容容器；32、磁性搅拌组件；33、第三切换阀；4、控制分析系统；41、自动控制模块；42、显示模块。
实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1-2所示，本发明提出的精密注射泵用多通道校准装置，包括试剂存储系统1、进样-分流系统2以及磁力搅拌定容系统3，所述试剂存储系统1包括存储容器组件12和水样存储组件，所述存储容器组件12内盛放有蒸馏水，所述水样存储组件中存储有母液，所述进样-分流系统2包括阀组件25、注射泵、微量泵21、第一切换阀27以及第二切换阀28，所述磁力搅拌定容系统3包括定容容器31和第三切换阀33，所述注射泵包括第一注射泵22、第二注射泵23以及第三注射泵24，所述水样存储组件连接阀组件25，所述阀组件25分别连接第一注射泵22和微量泵21，所述第一注射泵22连接第一切换阀27，所述微量泵21和第一切换阀27分别连接定容容器31，所述第二注射泵23的一端连接外部仪器26并抽取外部仪器26内的液体，另一端连接第二切换阀28，所述第二切换阀28连接定容容器31，所述存储容器组件12连接在第三注射泵24上，所述第三注射泵24连接在第三切换阀33上，所述第三切换阀33通过连接定容容器31，所述磁力搅拌定容系统3还包括磁性搅拌组件32，所述搅拌组件安装在定容容器31中，还包括控制分析系统4，所述控制分析系统4包括PLC、自动控制模块41、数据分析模块以及显示模块42，所述自动控制模块41、数据分析模块以及显示模块42分别连接在PLC上，所述自动控制模块41连接搅拌组件并控制其进行搅拌。
本发明提出了精密注射泵用多通道校准装置，包括试剂存储系统1、进样-分流系统2以及磁力搅拌定容系统3，其中，试剂存储系统1包括存储容器组件12和水样存储组件，存储容器组件12内盛放有蒸馏水，水样存储组件中存储有母液，进样-分流系统2包括阀组件25、注射泵、微量泵21、第一切换阀27以及第二切换阀28，磁力搅拌定容系统3包括定容容器31、第三切换阀33以及磁性搅拌组件32，控制分析系统4，所述控制分析系统4包括PLC、自动控制模块41、数据分析模块以及显示模块42。
在使用时，通过第三注射泵24和第三切换阀33分别向定容容器31中注入蒸馏水，然后通过第一注射泵22和第一切换阀27向定容容器31内注入水样处理定容后的母液，还可以通过微量泵21泵向定容容器31内注入母液，实现精准加注，然后通过第二注射泵23抽取外部仪器26的液体，通过第二切换阀28向定容容器31内注入，以此实现注射泵的多通道校准，还通过设置进行自动控制机械动作的自动控制模块41、完成数据分析的数据处理模块、进行数据和操作等的显示模块42，以此实现自动化控制搅拌以及数据处理和存储以及通过显示模块42进行控制校准装置。
其中，母液的定量方式选用注射泵和微量泵21进行双重精确定量，其精度在2%以内，可直接准确定量小至0.1ml，大至5ml的定量体积，而微量泵21的固定体积为10ul，这样可以更大限度将最小取样体积缩小至10ul，用以保证低浓度的标液的配制，而且保证其配制的标准样品符合计量的要求。
将管道与其他部件连接起来，反应物在被检测之前也需要在反应管道中经历一定的分散与反应过程，本发明中采用内径为0.8的聚四氟乙烯管组成，相应的管道外径应为1.6 mm左右，管壁太薄容易引起弯曲处折成死角而使管道堵塞，长的管道可以绕成圈或打结后使用。
管道与各切换阀及其他部件的链接应牢靠，工作时无泄漏，同时又要求方便，易于更换管道，本发明采用管冷翻边，压环压紧，管接头密封安装方式。
本发明利用了PLC进行控制，以实现全自动无人值守的配制标准溶液。
（1）控制方式
在线自动监测仪自动控制系统全部采用进口的电器部件和零件，使控制及电路部分不会成为“水桶的短板”，采用PLC代替单板机和工控机，大大降低了仪器控制系统故障率，并且使仪器具有极强的抗干扰性。使用工业触摸屏代替按键开关, 使用户界面更加友好，同时还克服了按键易接触不良的缺陷。选用高品质的各种接插件及电机，使仪器能在较恶劣的环境下长久的运行，尽力地消除了仪器因电器电路而产生故障的因素。这些工作使仪器的可靠性、抗干扰性更符合国际标准。
PLC主要由可编程控制器、继电器、A/D转换模块、24V电源组成，用来实现本发明的自动测定功能。根据本发明所采用的分析流程，PLC必须完成以下的任务：控制和驱动各个注射泵，控制驱动各个切换阀的开关，控制驱动电磁阀工作等，对于仪器的操作者来说，液晶显示触摸屏（LCD）是直接能用来控制仪器工作的硬件设施。
（2）数字量输入和输出电路
在仪器中的输入口线有注射泵的正反转2个信号，这是用来给CPU 提供一个往复运动的回答信号，输出电路对应的各个电磁阀的开关控制等等。
（3）中间继电器的控制板作用
与PLC的输出口线直接相连、每路的信号通过对每个继电器的开关，将DC24V的控制电压回路的逻辑变换成AC220伏的强电的开关逻辑。从而实现由PLC的控制器将各个电机和电磁阀等外设执行相应的动作。
在本实施例中：所述存储容器组件12包括试剂瓶，所述蒸馏水盛放在试剂瓶内，所述水样存储系统包括有水样定容瓶，所述水样定容瓶内盛放有水样处理定容后的母液。
在本实施例中：所述第一注射泵22的流量为5Ml,所述第二注射泵23的流量为25Ml,所述第三注射泵24的流量为100mL。通过选择大体积的100ml的第三注射泵24作为蒸馏水的进样方式进行进样，能够避免多次取水带来的间接误差。
通过选择25ml第二注射泵23作为去除定容后的外部液体的动力，可以进行多次的润洗，避免交叉污染。
在本实施例中：所述阀组件25为电磁阀，所述电磁阀为三通或四通电磁阀。阀组件25为电磁阀，方便进行控制，电磁阀为三通或四通电磁阀用于输出到不同的泵中实现进样。
在本实施例中：所述定容容器31设置有五个，所述第三切换阀33为五通阀，五通阀分别通过管道连接在五个定容容器31上。所述第一切换阀27和第二切换阀28均为五通阀，所述第一切换阀27和第二切换阀28上的五个阀孔上分别安装有管道，所述管道的另一端分别连接在五个定容容器31上，所述微量泵21通过管道连接在最侧边的定容容器31上。
第一切换阀27、第二切换阀28以及第三切换阀的进样方式均采用5通阀门进行选择性进样，不存在交叉污染，可以避免长时间机械磨损造成的变形和漏液，且阀门的线圈可直接进行更换、拆卸。
在本实施例中：所述磁性搅拌组件32包括电机、磁铁以及搅拌轴，所述磁铁安装在搅拌轴上，所述搅拌轴安装在电机的输出轴上，所述自动控制模块41连接电机并对其进行控制。采用磁力搅拌做为定容罐的搅拌混合装置，能够有效避免空气中的其他物质带来的误差。
本发明通过设置的第一注射泵22、第二注射泵23以及第三注射泵24实现对定容容器31的精准加注，以此实现注射泵的多通道校准，其校准精度较好、价格低廉。而且通过PID控制方法能够有效提高环境温度的控制性能，使得其校准精度极高。
对样本原液及原液比例配比过程环境温度进行全过程高精度控制，在控制系统中，建立一次功率计算公式，结合基于时间基的PID对温度进行控制，同时通过遗传算法对基于时间基的PID参数进行优化，温度控制流程图如图3所示。基于时间基的PID温度控制方法步骤如下：
步骤1.1，建立基于时间基的PID控制算法：
在PID中，微分变量表示为：
；
式中，h是函数的时间基，/>是t时刻控制系统的出口温度反馈与温度指令误差，则PD控制器表示为：
；
式中， 是比例增益，/>是微分增益，将式（2）改写为：
；
同时，将比例增益和微分增益表示为；
；
；
式中，，则将式（3）转换为：
；
在PD中加入积分项，获得基于时间基的PID控制算法：
；
式中，是积分增益，/>是基于时间基的瞬时增益，/>是基于时间基的补偿增益；
步骤1.2，计算加热器一次加热功率：
加热器一次加热功率表示为：
；
式中，为t时刻的一次加热功率，/>为加热功率系数，/>为t时刻的温差，/>为t时刻的升温时间；
步骤1.3，通过遗传算法对参数进行寻优；
步骤1.3.1，模糊域编码；位置偏差的实际范围可能到达0～200，因此，其论域定为[0,200]，温度变化率的基本论域大致为[-35,35]，经参数整定分析输出量实际论域设为[-20,20]、[-6，6]、[0，1] 、[-0.2，0.2]；系统设定负大NB、负中NM、负NS、零ZO、正小PS、正中PM、正大PB的7个语言变量值，并用0、1、2、3、4、5、6进行编码表示；
步骤1.3.2，初始种群选取；通过随机生成的方法，初始化一组初始的基于时间基PID参数作为种群，并在设定范围内随机生成规模为100的初始种群；
步骤1.3.3，适应度函数选取；适应度函数通过机器人控制性能指标来判断遗传算法个体的适应度，将个体的适应度作为评价PID参数的好坏标准，本发明将系统的超调量、稳态误差和响应时间指标来设置遗传算法的目标函数，从而将基于适应度函数描述为：
；
式中，是控制系统的稳态误差，/>是控制系统的稳态误差，/>是控制系统的响应时间，/>为加权常数;
步骤1.3.4，选择遗传算子；根据适应度值，使用轮盘赌选择方法选择一部分优秀的个体作为“父代”，利用整体种群中个体适应度值与整体适应度值的比例，来确定被选择的概率，公式如下；
；
其中，P i 是个体i被遗传选择的概率，f j 是所有个体叠加的整体适应度值，f i 是个体i的适应度值；
步骤1.3.5，交叉和变异操作；对于选中的“父代”个体，进行交叉操作以生成新的个体，本发明采用两点交叉算法，将交叉概率设为0.8，从而形成两个新的个体；同时为提高局部搜索能力，对个体的某些基因进行随机扰动或改变，将变异概率设为0.03；
步骤1.3.6，更新种群和判断终止条件；将生成的新个体加入到原始种群中，得到更新后的种群，判断该种群是否满足终止条件，若不满足则返回步骤1.3.4，若满足则输出基于时间基的PID闭环参数；
步骤1.4，获得温度控制的最终加热功率：
；
式中，为温度控制的加热功率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。
Claims (8)
1.精密注射泵用多通道校准装置，其特征在于：包括试剂存储系统(1)、进样-分流系统(2)以及磁力搅拌定容系统(3)，所述试剂存储系统(1)包括存储容器组件(12)和水样存储组件，所述存储容器组件(12)内盛放有蒸馏水，所述水样存储组件中存储有母液，所述进样-分流系统(2)包括阀组件(25)、注射泵、微量泵(21)、第一切换阀(27)以及第二切换阀(28)，所述磁力搅拌定容系统(3)包括定容容器(31)和第三切换阀(33)，所述注射泵包括第一注射泵(22)、第二注射泵(23)以及第三注射泵(24)，所述水样存储组件连接阀组件(25)，所述阀组件(25)分别连接第一注射泵(22)和微量泵(21)，所述第一注射泵(22)连接第一切换阀(27)，所述微量泵(21)和第一切换阀(27)分别连接定容容器(31)，所述第二注射泵(23)的一端连接外部仪器(26)并抽取外部仪器(26)内的液体，另一端连接第二切换阀(28)，所述第二切换阀(28)连接定容容器(31)，所述存储容器组件(12)连接在第三注射泵(24)上，所述第三注射泵(24)连接在第三切换阀(33)上，所述第三切换阀(33)通过连接定容容器(31)，所述磁力搅拌定容系统(3)还包括磁性搅拌组件(32)，所述搅拌组件安装在定容容器(31)中，还包括控制分析系统(4)，所述控制分析系统(4)包括PLC、自动控制模块(41)、数据分析模块以及显示模块(42)，所述自动控制模块(41)、数据分析模块以及显示模块(42)分别连接在PLC上，所述自动控制模块(41)连接搅拌组件并控制其进行搅拌，所述PLC包括环境温度控制算法。
2.根据权利要求1所述的精密注射泵用多通道校准装置，其特征在于：所述存储容器组件(12)包括试剂瓶，所述蒸馏水盛放在试剂瓶内，所述水样存储系统包括有水样定容瓶，所述水样定容瓶内盛放有水样处理定容后的母液。
3.根据权利要求1所述的精密注射泵用多通道校准装置，其特征在于：所述第一注射泵(22)的流量为5Ml,所述第二注射泵(23)的流量为25Ml,所述第三注射泵(24)的流量为100mL。
4.根据权利要求1所述的精密注射泵用多通道校准装置，其特征在于：所述阀组件(25)为电磁阀，所述电磁阀为三通或四通电磁阀。
5.根据权利要求1所述的精密注射泵用多通道校准装置，其特征在于：所述定容容器(31)设置有五个，所述第三切换阀（33）为五通阀，五通阀分别通过管道连接在五个定容容器(31)上。
6.根据权利要求1或5所述的精密注射泵用多通道校准装置，其特征在于：所述第一切换阀(27)和第二切换阀(28)均为五通阀，所述第一切换阀(27)和第二切换阀(28)上的五个阀孔上分别安装有管道，所述管道的另一端分别连接在五个定容容器(31)上，所述微量泵(21)通过管道连接在最侧边的定容容器(31)上。
7.根据权利要求1所述的精密注射泵用多通道校准装置，其特征在于：所述磁性搅拌组件(32)包括电机、磁铁以及搅拌轴，所述磁铁安装在搅拌轴上，所述搅拌轴安装在电机的输出轴上，所述自动控制模块(41)连接电机并对其进行控制。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的精密注射泵用多通道校准装置的改进PID控制方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤1.1，建立基于时间基的PID控制算法：
在PID中，微分变量表示为：
；
式中，h是函数的时间基，/>是t时刻控制系统的出口温度反馈与温度指令误差，则PD控制器表示为：
；
式中， 是比例增益，/>是微分增益，将式（2）改写为：
；
同时，将比例增益和微分增益表示为；
；
；
式中，，则将式（3）转换为：
；
在PD中加入积分项，获得基于时间基的PID控制算法：
；
式中，是积分增益，/>是基于时间基的瞬时增益，/>是基于时间基的补偿增益；
步骤1.2，计算加热器一次加热功率：
加热器一次加热功率表示为：
；
式中，为t时刻的一次加热功率，/>为加热功率系数，/>为t时刻的温差，/>为t时刻的升温时间；
步骤1.3，通过遗传算法对参数进行寻优；
步骤1.4，获得温度控制的最终加热功率：
；
式中，为温度控制的加热功率。
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| CN202311381916.1A CN117111445A (zh) | 2023-10-24 | 2023-10-24 | 精密注射泵用多通道校准装置及改进pid控制方法 |
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108449435A (zh) * | 2018-05-10 | 2018-08-24 | 浙江索奥环境技术有限公司 | 分布式水质监测动态质控系统 |
| CN108956256A (zh) * | 2018-09-04 | 2018-12-07 | 南通市计量检定测试所（江苏省南通质量技术监督眼镜产品质量检验站、江苏省南通质量技术监督金银珠宝饰品产品质量检验站、江苏省大容量南通计量站、南通市大流量计量中心） | 基于真空超洁净环境下的在线水质监测仪自动校准装置 |
| CN109062110A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-12-21 | 中兴仪器（深圳）有限公司 | 一种多功能水质在线质控系统 |
| CN110470650A (zh) * | 2019-08-01 | 2019-11-19 | 广东省测试分析研究所（中国广州分析测试中心） | 一种多模式水质重金属在线监测系统 |
| CN116591943A (zh) * | 2023-04-04 | 2023-08-15 | 南通市计量检定测试所 | 一种通过温度自动调节行程提高精密注射泵精度的方法 |
| CN219596311U (zh) * | 2023-05-18 | 2023-08-29 | 南通市计量检定测试所 | 一种集成式多通道配液装置 |
| CN219695156U (zh) * | 2023-05-31 | 2023-09-15 | 山东向明数智物联科技有限公司 | 可转换式的多通道标液供给输送系统 |
-
2023
- 2023-10-24 CN CN202311381916.1A patent/CN117111445A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108449435A (zh) * | 2018-05-10 | 2018-08-24 | 浙江索奥环境技术有限公司 | 分布式水质监测动态质控系统 |
| CN109062110A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-12-21 | 中兴仪器（深圳）有限公司 | 一种多功能水质在线质控系统 |
| CN108956256A (zh) * | 2018-09-04 | 2018-12-07 | 南通市计量检定测试所（江苏省南通质量技术监督眼镜产品质量检验站、江苏省南通质量技术监督金银珠宝饰品产品质量检验站、江苏省大容量南通计量站、南通市大流量计量中心） | 基于真空超洁净环境下的在线水质监测仪自动校准装置 |
| CN110470650A (zh) * | 2019-08-01 | 2019-11-19 | 广东省测试分析研究所（中国广州分析测试中心） | 一种多模式水质重金属在线监测系统 |
| CN116591943A (zh) * | 2023-04-04 | 2023-08-15 | 南通市计量检定测试所 | 一种通过温度自动调节行程提高精密注射泵精度的方法 |
| CN219596311U (zh) * | 2023-05-18 | 2023-08-29 | 南通市计量检定测试所 | 一种集成式多通道配液装置 |
| CN219695156U (zh) * | 2023-05-31 | 2023-09-15 | 山东向明数智物联科技有限公司 | 可转换式的多通道标液供给输送系统 |
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