高精度压力测控系统的试验研究

1、高精度压力测控系统的试验研究压力是工业生产中常常用到的重要参数，压力检测和控制的精确性挺直影响着生产平安性和产品质量。因此，在无数工业现场，对压力测量及控制精度都有很高的要求。无数状况下，除需要随时了解生产过程中介质压力的变幻外, 还需要将压力自动保持在一定的范围内1-2。明显，较高的压力测控精度是温差控制精度的有力保证。本试验系统针对这一要求，以为控制器核心，对压力信号举行检测并从硬件和软件两方面举行误差校正及补偿，对压力控制采纳相关的控制算法并在试验室中通过反复调试控制参数3-4，使控制器的测量精度达到了±0.001mpa，控制精度达到了±0.01mpa。测量精度及压力

2、控制精度都达到了较高要求，为解决压力控制提供了良好的基础。1 硬件设计压力控制系统对测量部分有较高的要求，系统采纳i2c型16位串行a/d转换芯片max1119，hkm-375型硅压阻式，以stc89c51芯片为核心控制器件，系统硬件框图1所示。为提高对压力的测量精度，首先必需确保测控系统具有很好的抗干扰能力，因此，系统采纳抗干扰性能超强的单片机stc89c51作为控制芯片。该芯片具有高抗静电性即esd庇护，轻松通过2kv/4kv迅速脉冲干扰，宽、不怕电源颤动，内带和e2prom，支持程序串口下载，能很好地满足系统的牢靠性及控制要求。试验室中的控制对象为液压压力实验系统，硅压阻将压力信号变为信

3、号，再通过适当的电路转化为电压信号，并经放大滤波后送入a/d转换器；然后输出bcd码进入cpu，通过软件对所测电压举行数字非线性校正，同时将所测压力在上举行实时显示。通过系统程序，对pid运算以及输出举行控制，终于由cpu给出控制压力回路的有效电压，通过移相调压达到调压目的。1.1 检测部分大多数压力检测电路都采纳恒流源或恒压源，也有采纳比例法的。其实质是无论采纳恒流源或恒压源对压力传感器供电，都是希翼在最后消退电压或的影响。经综合比较，恒流源受环境影响小、抗噪声能力强，所以采纳恒流源。为保证压敏元件不受流过本身电流所产生的热效应影响，恒流源的电流信号应不大于1ma，这里选用1ma。前端信号的

4、检测及处理电路2所示。选用hkm-375型硅压阻式压力传感器来采集压力变幻的信号，采纳三线制接线。从图2可以得出检测电路的输出电压为：up=kirp (1)式中：k为的增益，i为恒流源的电流，rp为压力传感器的电阻随压力变幻产生的转变值。为保证精度，电阻r0、r1、r2、r3、r4和r5均用精密电阻，一旦阻值确定，k即为一个固定值，几乎不受环境影响。但是恒流源并非真正意义上的“恒流”，lm332的温度系数为0.33%/。当系统工作于不同环境、不同时节时，恒流源的电流有一定的波动5。因为放大器每级输出存在误差，给测量精度带来了较大影响，故系统通过软件对实测压力与采样值的关系数据作曲线拟合，从而对

5、放大器举行误差校正与补偿。1.2 控制部分控制部分采纳移相调压的办法来实现调压，硬件电路3所示。因为对c的充放电，使得在a点的电压波形为与正弦波同步的锯齿波，为了得到质量更好的波形，在前端还加了有源运放，通过观看，波形下降段的角度十分临近90°。调节r、c的参数，可以转变锯齿波的幅值。b点为控制电压，它是pid运算后得到的数字控制量再通过模数转换输出所得到的直流电压。a、b两点的电压信号作为输入，当b点电压高于a点电压时，比较器发生翻转输出低电平，即在的开通时刻得到脉冲电压。明显，b点的信号幅值打算移相角的大小，调整该信号即可控制可控硅输出电压的大小，达到调整液压阀开度的目的。1.3

6、 人机接口系统采纳自立式键盘与240×180点阵液晶模块作为信息输入输出设备。键盘通过优先74ls148与单片机相连，定义了菜单、菜单项上翻/数据增、菜单项下翻/数据减、确认等4个功能按键。液晶模块显示控制参数信息或在温控过程中显示实时压力数据。两者构成了友善的人机交互界面。2 系统软件设计主程序主要处理系统初始化、扫描键盘、采样压力值，并对采样数值举行数字滤波、显示压力及控制输出等工作。主程序流程图4所示。定时器t0用于定时控制采样的时光。系统设定采样周期为3s，而控制周期为1s。通过键盘设定初始比例系数、积分系数及设定压力，输入后做相应的数据备份，即将参数存入单片机内e2prom

7、中。除了硬件滤波外，设计中还采纳了数字滤波计划，以削减干扰信号对实用信号的影响，提高信号的真切性。控制算法采纳积分分别的数字pid算法，以防止超调量过大，对于电阻炉这样纯滞后的环节有一定的补偿作用。2.1 控制算法数字pid算法用增量式表示为：因为压力响应具有迟滞性，属于一阶延时系统，若采纳常规pid算法，控制效果不好，并且会浮现较大的超调量。为了解决这一问题，设计中采纳了积分分别pid算法。从试验结果看，其性能指标均有所提高。当被控量与设定值偏差较大时，取消积分作用；当被控量与设定值偏差很小时，加入积分作用。也就是说系统启动、停止或大幅度转变设定值时，只用比例控制和微分控制，然后才加入积分控

8、制，这样更有利于充实动态特性和消退静差。详细做法是：针对被控对象参量，设定一个偏差的门限e0，当过程控制中偏差 e(k)的肯定值大于e0时，系统不引入积分控制，只用pd控制；当偏差 e(k)的肯定值小于e(k)时，才引入积分控制，即采纳pid控制。对计算公式的积分项，乘一个权系数。当 e(k)的肯定值小于等于e0时，值取1；当 e(k)的肯定值大于e0时，值取0。因此，式（2）可改写为：2.2 参数整定设计采纳扩充临界比例度法整定。通过试验测量，被控对象的纯滞后时光为30s左右，因此挑选采样周期为3s。通过在试验中举行一系列实测数据的比较，挑选控制度为1.2，采纳pi控制。整定的各参数值如下：kp=3.14，tk=180s，ti=0.91，tk=163.8s，ki=kpt/ti=0.058。经过对参数微调，最后得出最佳pid参数，即kp=3.14，ki=0.058。3 试验结果通过试验室环境下的多次实测，得出控制器控制精度在±0.5之内。表1为试验过程中的一次数据记录。从结果看，当设定压力为25mpa时，最后稳定压力为25.03mp