欢迎光临重庆贵茂机械有限公司!今天是: 设为首页   |   加入收藏
公司新闻
您当前所在的位置是:网站首页 >> 公司新闻
基于真空泵的正负压连续控制系统
发布时间:2019/8/15   来源:重庆贵茂机械有限公司  阅读:2665
    PID控制方法,对系统特性进行详细探讨和试验研究。仿真和试验结果表明,基于真空泵的正负压连续控制系统具有良好的动态和静态特性,鲁棒性强,对系统参数变化有一定的灵活性,能够较好地满足系统高精度高响应的要求。试验结果同时也证明了系统数学模型的正确性。

    0刖g各种空间飞行器在空间飞行过程中,都将直接受到空间真空环境的影响。因此,在地面建立模拟飞行器飞行环境的试验装置非常必要,B为只有在各种飞行器上天之前通过地面的模拟试骀,掌握飞行器在空间工作的条件和特性,才能消除飞行中的各种隐患,达到飞行控制的目的。正负压连续控制系统是通过对气体压力进行控制,模拟飞行器飞行高度变化的系统。

    真空泵是利用机械、物理、化学或物理化学方法在封闭空间中获得、改善和保持真空的装置,通常应用于真空技术领域。目前真空技术在机械、电子电器、航空航天以及低温等工业部门和科学技术研究领域已经得到了广泛的应用。利用真空泵构造的真空系统主要用于开环控制场合,工作负压的调节采用简单的开关控制,而不能实现封闭容腔内真空的高精度高响应连续闭环控制。

    提出以事空泵作负压源,将真空系统和气动伺服控制系统进行有机的结合,建立了基于真空泵的正负压连续控制系统,并采用模糊PID控制器进行控制,进而对该系统进行分析研究,得出了一些有益的结论,为气动技术和真空技术结合的深入研究奠定了基础。

    1系统组成及其数学描述1.1系统组成及工作原理基于真空泵的正负压连续控制系统原理图如所示,其主要由真空泵、正压气源、正负压调节装置及真空气室等部分所组成。通过调节正负压调节装置,可实现正负压力高精度高响应连续控制。

    基于真空泵的正负压连续控制系统工作状态包括正压充气状态和负压抽气状态。负压抽气状态下,真空泵通过真空气室和正负压调节装置进行抽气。正压充气状态下,正压气源通过正负压调节装置进行充气,同时正负压调节装置通向真空气室的入口封闭,真空泵从真空气室抽气。

    1.2系统数学模型根据以上对基于真空栗的正负压连续控制系统工作原理的分析,气体在正负压连续控制系统中的流动是一个十分复杂的热力学过程,在气动技术和真空技术两个领域的相关理论,分别从正压充气和负压抽气两种工作状态对系统模型进行了详细的推导。这里对该系统的数学描述简要描述如下。

    时表仿真计算用参数参数数值正压气源压力/VkPa400真空栗极限压力;vPa200真空气室容积r/m30.000 2气体温度77K293气体常数。Mkg1K、2871气体绝热指数女1.4流量系数0.6H比例系数尺v/On.V1)0.0001公称直径d/m0.006真空泵名义抽速V(m3IT1)3可以看出,系统其他参数不变的情况下,真空气室容积变大时,系统响应相应变慢。若从正压源转到负压源时因为压力差过大产生振荡,则可以考虑适当加大真空气室容积进行缓冲,不过,这应兼顾对系统响应的影响。

    (2)正压充气状态1)上2)上式(1)(4)即为描述基于真空泵的正负压连续控制系统的数学模型。

    2仿真研究仿真时间//s真空气室容积对系统性能影响1.真空气室为0.1L2.真空气室为0.2L(2)真空泵参数对系统性能的影响。从仿真结果来看,真空泵性能对系统也有影响,真空泵名义抽速越大,系统响应越快。极限压力越小,系统响应也越快。容腔压力下降得越低,压力变化越平缓,这是由于容腔内压力接近极限压力时,真空泵的实际抽速随之变小所产生的结果。显然,使用名义抽速大,极限压力小的真空泵的系统响应相对来说要快一些。

    针对所构造的基于真空泵的正负压连续控制系统,采用MATLAB仿真软件,借助四阶龙格库塔法求解微分方程式(1)(4),分析研究基于真空泵的正负压连续控制系统工作特性,仿真参数如表(1)真空气室容积对系统性能的影响。从仿岛时间//s真空泵性能对系统影响2名义抽速3m3/h,极限压乃200Pa 2.2系统跟踪期望信号响应性能⑴系统跟踪阶跃信号响应。a为系统跟踪10kPa阶跃信号的仿真结果,b为系统跟踪40kPa阶跃信号的仿真结果。通过比较两图的仿真曲线可知,系统所跟踪的阶跃信号大小对系统响应时间有较大的影响,期望的压力越高,系统的响应时间越短。

    仿真时间//s系统跟踪阶跃信号的仿真结果出,系统跟踪上升信号明显比下降信号响应要快。

    这是由于正压工作状态下,容腔压力与正压气源压力相差很大,充气过程迅速,因而系统能快速响应,而在负压工作状态下,工作点越接近负压源真空泵极限压力,真空泵实际抽速越小,从而系统响应也相应变慢。

    (3)系统跟踪正弦信号响应。中,系统在跟踪正弦波时,上升曲线有细小纹波出现,这是因为正压气源压力与容腔压力相比很大,通过正负压调节装置的流速为声速,充气速度过快所致。曲线2与曲线1相比,系统工作点更接近正压气源压力,其上升曲线段纹波现象相对来说不是很显著。

    考虑到基于真空泵的正负压连续控制系统是一个强非线性系统,根据以上对系统仿真研究的分析,系统参数和系统工作点的变化影响系统的性能。

    为了实现基于真空泵的正负压连续控制系统高响应高精度的目的,提出如所示的模糊PID控制器。在大误差范围内采用模糊控制,响应速度快,且超调量小,系统的鲁棒性好。当误差很小即差不多接近模糊控制零挡时采用PID控制,减小系统的稳态误差,提高系统的控制精度。在试验研究过程中,重点研究了系统结构参数和不同期望信号大小对系统性能的影响,试验结果分别见11.仿真时间"s系统跟踪方波信号的仿真结果PID控制器被控对象阁7模糊PID控制结构图负压力越高,系统响应就越快。0为系统跟踪方波信号的响应曲线。系统跟踪方波时,上升曲线超调,从下降曲线来看,响应曲线平缓。上述试验结果与系统仿真研究结果基本一致,这也证明了理论分析和仿真研究的正确性。

    仿真时间f/s阶跃信号为40kPa仿真曲线为真空气室容积大小不同时,系统响应阶跃信号的试验曲线。真空气室容积越大,系统响应越慢n为系统参数相同,但阶跃信号不同的系统阶跃响应曲线。显然,阶跃信号越大,即期望的试验结果也表明,系统采用模糊PID控制方法响应快速,对于系统参数的变化以及系统工作点的变化适应性能强,有着较好的鲁棒性,稳态精度高,满足了系统高精度高响应的要求。系统跟踪阶跃信号时,具有良好的快速性,在不同的工作点其控制效果大致相同,从绝对压力lOOkPa下降到OkPa,其过渡过程时间为2.8s,稳态误差不超过50Pa,-,1为系统跟踪正弦信号的响应曲线,从曲线也可以看出,采用模糊PID控制的系统具有良好的跟踪性,当跟踪频率为1Hz,幅值为0.2kPa的正弦信号时,其幅频误差为2.04%,相频误差为1.2794°。

    4结论提出了基于真空泵构造正负压连续控制系统的新思想,研究结果表明,系统组成疗式合理,模糊PID控制方法对基于真空泵的正负压连续控制系统是可行的,能够实现正负压力高精度高响应连续控制。当绝对压力从100kPa下降到10kPa,K过渡过程时间为2.8s,稳态误差不超过50Pa,跟踪频率为1Hz,幅值为0.2kPa的正弦信号时,K-幅频误差为2.04%,相频误差为1.279基于真空泵的正负压连续控制系统是强非线性系统,系统参数变化和系统E作点变化对系统性能有较大的影响。

    基于真空泵的正负压连续控制系统特性仿真与试验研究结果基本-致,证明了给出的系统数学模型的正确性。
以上文章由:重庆贵茂机械有限公司公司提供
上一篇: 真空泵噪音判断及结局方法
下一篇: 爪式无油增压传输真空泵的设计
地址:重庆市北部新区人和人兴路301号3幢27-4    手机:13896130763    电话:023-86849663    传真:023-86849663    邮箱:cqguimao@163.com    gdnc_chongqing023@263.net
COPYRIGHT © 2015 版权所有:重庆贵茂机械有限公司    网址:www.cqgmjx.com    备案/许可证编号为:渝ICP备2023009396号    技术支持:亿数在线