插裝閥實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的pid改進(jìn)設(shè)計(jì)

插裝閥實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的pid改進(jìn)設(shè)計(jì)

該實(shí)驗(yàn)臺(tái)是一種能夠測(cè)試插裝閥的綜合能的實(shí)驗(yàn)臺(tái)。其結(jié)構(gòu)由三部分組成：原油、電氣和測(cè)量。實(shí)驗(yàn)臺(tái)能夠在同一實(shí)驗(yàn)臺(tái)上利用計(jì)算機(jī)處理與分析數(shù)據(jù),從而能夠檢測(cè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的7種閥的33種性能,這33種性能可以分為8個(gè)類型:閥的開(kāi)啟、壓力損失、穩(wěn)態(tài)壓力流量特性、耐壓特性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性、耐久性、力矩的調(diào)節(jié)以及泄漏。借助此實(shí)驗(yàn)臺(tái),通過(guò)相應(yīng)閥的組合,可以進(jìn)行任何國(guó)標(biāo)所規(guī)定的插裝閥的相關(guān)測(cè)試文中主要從軟件方面對(duì)該測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)思想進(jìn)行論述。此系統(tǒng)的測(cè)控系統(tǒng)主要能實(shí)現(xiàn)以下3個(gè)方面的功能:(1)可通過(guò)PID控制器調(diào)節(jié)輸出信號(hào),控制先導(dǎo)式比例溢流閥的開(kāi)合量,實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)壓力的控制;(2)能夠采集系統(tǒng)中的壓力、溫度、流量等數(shù)據(jù),并且計(jì)算機(jī)在分析和處理之后能夠?qū)?shù)據(jù)保存起來(lái);(3)具有自動(dòng)生成報(bào)表的功能,利用LabVIEW同時(shí)結(jié)合微軟的ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù),可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)報(bào)表生成。1基于液壓論的裝置和控制結(jié)構(gòu)1.1比例溢流閥的作用整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的液壓結(jié)構(gòu)部分主要包括變量泵、先導(dǎo)式比例溢流閥、液控?fù)Q向閥、液控單向閥以及被測(cè)試閥。油液通過(guò)變量泵輸出,然后經(jīng)過(guò)電磁換向閥到達(dá)被測(cè)試閥處,先導(dǎo)式比例溢流閥的作用是根據(jù)輸入的電流信號(hào)無(wú)極調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力大小。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓力,逐漸升高壓力值,觀察并記錄數(shù)據(jù),當(dāng)值達(dá)到被實(shí)驗(yàn)的閥的臨界最高壓力值時(shí),被試驗(yàn)的插裝閥導(dǎo)通,油液通過(guò)液控單向閥及換向閥返回油箱。電磁換向閥的作用還包括改變油液進(jìn)入被實(shí)驗(yàn)閥的入口位置,這樣做的目的是可以從不同的油液流動(dòng)方向?qū)Σ逖b閥進(jìn)行測(cè)試。液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖如圖1所示。1.2模擬量信號(hào)輸出系統(tǒng)測(cè)控硬件系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與顯示,同時(shí)還能對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,然后儲(chǔ)存起來(lái)或者生成報(bào)表?，F(xiàn)場(chǎng)中還有壓力計(jì)和流量計(jì)的前端顯示,操作人員可以現(xiàn)場(chǎng)檢查查看其值來(lái)做出大概的判斷與決策。整個(gè)系統(tǒng)還具備模擬量輸出能力,借助模擬量的信號(hào)輸出來(lái)控制相應(yīng)的被控對(duì)象。實(shí)驗(yàn)臺(tái)電氣結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。該系統(tǒng)的核心是一臺(tái)工控機(jī),工控機(jī)通過(guò)PCI總線與研華PCI1710多功能數(shù)據(jù)采集卡連接,同時(shí)工控機(jī)連接有顯示器、打印機(jī)等輔助設(shè)備。系統(tǒng)中的2個(gè)壓力表、3個(gè)流量計(jì)和1個(gè)溫度計(jì),所反饋的信號(hào)是一種電流信號(hào),其值為4~20mA,采集卡的信號(hào)輸入端為電壓信號(hào),范圍是0~5V,所以必須通過(guò)相應(yīng)的電流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。系統(tǒng)的控制為壓力控制,電磁比例閥的開(kāi)閉程度可以調(diào)節(jié)整個(gè)液壓系統(tǒng)的壓力,其控制方式為100~800mA的電流信號(hào)控制,此處所用的放大器的作用是將采集卡的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)后放大,轉(zhuǎn)換放大后的信號(hào)才能直接控制比例閥,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)壓力的控制。2插裝閥的運(yùn)行流程在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中,需要靈活地給系統(tǒng)指令,并不定時(shí)地記錄數(shù)據(jù)、保存數(shù)據(jù)以及生成報(bào)表。所以整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)主要由3個(gè)部分組成:壓力控制、數(shù)據(jù)采集以及報(bào)表的自動(dòng)生成。整個(gè)程序的運(yùn)行流程為:當(dāng)打開(kāi)程序之后,通過(guò)系統(tǒng)壓力控制模塊給系統(tǒng)一個(gè)壓力值,此值可改變,在操作者期望的壓力下就可測(cè)試插裝閥的性能。通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)至Excel或數(shù)據(jù)庫(kù),是否采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存位置都可以通過(guò)用戶界面選擇。同時(shí)可以選擇的還有是否進(jìn)行報(bào)表生成,當(dāng)確定報(bào)表生成后,報(bào)表生成模塊會(huì)完成生成報(bào)表的任務(wù)。具體結(jié)構(gòu)情況用下面幾部分詳細(xì)說(shuō)明。2.1插裝閥模型的建立PID控制是工業(yè)過(guò)程控制中用得最多的一種傳統(tǒng)算法。對(duì)于常規(guī)的PID算法,PID中積分部分的作用是消除余差,使得對(duì)被控對(duì)象的控制更加精確,但是由于有比較大的余差會(huì)在系統(tǒng)輸出的開(kāi)始產(chǎn)生,導(dǎo)致PID運(yùn)算積分的積累使系統(tǒng)產(chǎn)生較大的超調(diào),降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。插裝閥實(shí)驗(yàn)臺(tái)的作用是測(cè)試插裝閥在設(shè)定壓力條件下的各種性能,所以要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性,因此選擇一種改進(jìn)算法積分分離PID作為此測(cè)控系統(tǒng)的壓力控制算法,能有效提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。其基本思想是:系統(tǒng)輸出誤差較大時(shí),廢除積分部分,使系統(tǒng)能夠平穩(wěn);余差小時(shí),加入積分部分,使得控制更加精準(zhǔn)。其算法如下:其中:ε為人為設(shè)定的閥值;β為積分項(xiàng)控制系數(shù);T為采樣時(shí)間。根據(jù)上述原理,可以得到如圖3所示實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)中壓力控制算法程序流程圖,將積分分離PID在LabVIEW中封裝為子程序,此子程序可在需要時(shí)由外部程序直接調(diào)用。2.2通道索引后的顯示數(shù)據(jù)采集部分包括對(duì)壓力流量的實(shí)時(shí)采集、采集值的動(dòng)態(tài)顯示及存儲(chǔ)。此實(shí)驗(yàn)臺(tái)要采集的數(shù)據(jù)包括2路壓力信號(hào)、3路流量信號(hào)以及1路溫度信號(hào),所使用的采集卡為PCI-1710型多功能數(shù)據(jù)采集卡。PCI-1710具有自帶的LabVIEW驅(qū)動(dòng)程序,通過(guò)LabVIEW中相應(yīng)的采集函數(shù)和采集模塊,可以非常方便地通過(guò)其通道索引等信息采集到各通道信號(hào),并且可以在前面板的波形顯示控件中直觀地顯示出來(lái),同時(shí)能將采集到的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在Excel文件中。關(guān)于系統(tǒng)的采集值的采集過(guò)程如圖4所示。首先,通過(guò)DeviceOpen函數(shù)打開(kāi)采集設(shè)備并利用MuiltiChannelINTSetup子程序進(jìn)行多通道模擬量輸入的參數(shù)設(shè)置;其次,利用EnableEvent函數(shù)開(kāi)始數(shù)據(jù)采集,然后判斷采集到的數(shù)據(jù)是否為有效數(shù)據(jù),當(dāng)為有效數(shù)據(jù)時(shí)再進(jìn)行下一步的操作;第三,通過(guò)BufferChangeHandler子程序開(kāi)辟一個(gè)緩沖區(qū)以緩存數(shù)據(jù)。在這里進(jìn)入緩存區(qū)的數(shù)據(jù)有3種用途:(1)直接以波形的形式顯示在前面板的顯示控件上;(2)利用LabVIEW相關(guān)函數(shù)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到指定Excel文件中;(3)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)以應(yīng)用于后續(xù)過(guò)程中實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)報(bào)表的生成。最后,當(dāng)采集系統(tǒng)接收到退出命令后,會(huì)通過(guò)FAIStop函數(shù)停止數(shù)據(jù)采集并用DevieceClose子程序關(guān)閉采集設(shè)備。2.3對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)方式為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的報(bào)表生成功能,此實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用的是結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)的方式完成的。由于MicrosoftAccess非常適用于中小型信息管理系統(tǒng),所以選擇MicrosoftAccess數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)建立之后LabVIEW需與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通信,有兩種方式可以實(shí)現(xiàn):(1)利用DSN連接數(shù)據(jù)庫(kù);(2)利用UDL連接數(shù)據(jù)庫(kù),兩種方式都能較好較方便地進(jìn)行連接,文中選擇的是利用DSN連接數(shù)據(jù)庫(kù)。與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接完成之后需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn),以對(duì)其中數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除、添加以及查詢等操作。LabVIEW對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)方式也有多種:采用LabVIEW的ActiveX功能;編寫(xiě)相應(yīng)DLL程序,使用LabVIEW所帶DLL接口訪問(wèn);利用LabVIEW自帶的工具包實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)。由于LabVIEW數(shù)據(jù)庫(kù)工具包功能齊全,操作簡(jiǎn)單,所以文中采用LabVIEW自帶工具包的方式。當(dāng)軟件可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行各種操作之后就可以利用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行其他的操作,比如報(bào)表生成。LabVIEW報(bào)表的生成方式也有幾種:如通過(guò)DDE生成、通過(guò)ActiveX生成、利用NI提供的MSOfficeReport報(bào)表工具包以及利用ReportGeneration函數(shù)生成報(bào)表等。文中采用的是ReportGeneration函數(shù)生成報(bào)表,通過(guò)這條路徑生成報(bào)表操作簡(jiǎn)單,且無(wú)需購(gòu)買。首先定義一個(gè)Word模板,在需要插入數(shù)據(jù)或圖標(biāo)的地方插入書(shū)簽,然后再在LabVIEW程序中利用相關(guān)函數(shù)操作,即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)數(shù)據(jù)插入模板或圖表中,生成所需要的報(bào)表。Access數(shù)據(jù)庫(kù)與LabVIEW相結(jié)合的報(bào)表生成過(guò)程如圖5所示。從圖5可看出:當(dāng)打開(kāi)采集設(shè)備,選擇存入數(shù)據(jù)庫(kù)之后,數(shù)據(jù)開(kāi)始通過(guò)緩存區(qū)存入數(shù)據(jù)庫(kù),同時(shí)也可選擇停止存入數(shù)據(jù)庫(kù);然后點(diǎn)擊報(bào)表生成,LabVIEW程序調(diào)用已經(jīng)設(shè)計(jì)好的Word模板,并利用ReportGeneration函數(shù)將數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)插入到模板中,同時(shí)通過(guò)LabVIEW中相應(yīng)函數(shù)可以對(duì)報(bào)表中的字體、顏色和格式等進(jìn)行修改,使外表更加的完善;當(dāng)確定報(bào)表滿足實(shí)驗(yàn)要求且結(jié)果正確之后,就可以保存報(bào)表至指定的文件夾中,方便后續(xù)使用;報(bào)表生成完成之后,軟件自動(dòng)清空數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù),以準(zhǔn)備下一次的報(bào)表生成。3測(cè)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)此實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要是為了測(cè)試測(cè)控系統(tǒng)的可靠性,主要試驗(yàn)內(nèi)容為測(cè)試系統(tǒng)是否能夠達(dá)到期望的壓力值,同時(shí)采集流量值、壓力值以及溫度值并存儲(chǔ)到指定文件中,并且能夠進(jìn)行自動(dòng)報(bào)表的生成。圖6為測(cè)控系統(tǒng)的軟件界面。首先進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置,然后給整個(gè)系統(tǒng)10MPa的期望壓力。經(jīng)過(guò)實(shí)際試驗(yàn),系統(tǒng)能夠得到期望的壓力值,并且采集儲(chǔ)存相關(guān)數(shù)據(jù),最后實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地生成報(bào)表。整個(gè)軟件操作方便實(shí)用,能夠達(dá)到