变频液压泵控调速调压闭环测控实验中PID算法的实现

　　1 加定差减压阀的变频泵控液压闭环调速调压系统简介[1]

　　加阻尼和定差减压阀后变频液压泵控调速调压实验系统液压原理如图 1 所示。本课题提出了在系统中加一个阻尼的方法, 与容腔一起调节可以起到阻容滤波的作用, 从而在一定程度上降低了压力脉动的幅值。定差减压阀可以看成是一个阻尼, 但它和一般的阻尼是有区别的, 它的液阻流量系数是随着流量的改变而改变的, 其自动调节原理同阻尼一样。

　　2 变频液压泵控调速调压实验测控系统的构成[1]

　　本实验测控系统硬件包括工控机 (研华 IPC-610P4R- 252E 型)一台、三菱 FR- E540- 2.2K- CH 变频器一台、75kW 交流异步电动机一台、2.5MCY14-1B 定量泵一台、ADVANTECH PCI- 1720D/A 卡 、PCI- 1714A/D 数据采集卡各一片、流量传感器、压力传感器及滤波器等。

　　3 变频液压泵控调速调压控制系统软件设计

　　实验中所用D/A、A/D 板卡分开, 所附带控制界面只能实现发送和接收反馈模拟电压信号的功能。为了达到闭环实时监控的目的, 我们在板卡自带程序的基础上利用 Vc 进行了二次开发。将 D/A、A/D接口程序分别调用并加入 PID 算法, 达到了闭环监控的目的, 其控制界面如图 2[2,3]所示。

　　4 闭环调速调压系统 PID 实时监控结果分析

　　采用增量式 PID 控制算法, 通过比较开环时的压力特性曲线, 发现 1.0mm 的压力特性曲线最佳,所以闭环中我们直接采用 1.0mm 的阻尼进行有、无PID 的测试, 看其能否达到最佳精度。另外两个阻尼的压力特性曲线大致一样。实验中经反复调试, 取K_P=4, K_I=0.1, K_D=0.01, 最终达到较好的调压控制效果。将有 PID 时的控制曲线和无 PID 时的控制曲线进行对比, 来验证闭环实时 PID 监控的优越之处。其各调压控制曲线如图 3 和图 4 所示:

　　5 结论

　　通过对压力传感器的标定, 我们知道模拟电压输出与系统压力呈线性关系, 所以以上曲线即反映调压特性。依据实验中所得曲线得出有 PID 控制时: (1)其调节值可以快速准确地接近预期值。例如,输出模拟 5V 时, 期望系统压力为 9.2MPa 左右, 有PID 控制时接近 9MPa, 无 PID 控制时接近 10 MPa;(2) 加阻尼后稳态精度明显提高; (3) 系统高压下的闭环特性比低压时的要好, 体现在压力震荡幅度较小, 响应时间短; (4) 有 PID 控制时特性较优, 在压力较高时尤为明显。(5)压力脉动低于 0.5%, 高时可达 0.1%, 国内变频液压调速一般控制在 0.5%～1%,可知其控制精度相对已经很高, 接近国外先进水平;(6) 总体来看, 加阻尼后用 PID 算法控制的特性是最好的, 从而也说明了本实验的成功之处。