一种基于PID算法的气压控制技术

　　为了保证测量精度，各类压力传感器应该定期校准。压力开关及控制器等要进行切换差( 切换误差)检定，需要可以线性升降压的压力源; 弹簧管压力表、数字压力计及压力变送器等要进行示值误差检定，需要可以产生稳定压力的压力源; 根据国家计量检定规程的要求[1]，电接点压力表同时要进行切换差及示值误差检定。

　　活塞式压力计及浮球式压力计通过增减砝码来产生稳定压力，不能产生连续压力值，也不能产生线性变化的压力; 丝杠及手泵既能产生线性变化的压力，也能产生稳定压力，但受人为因素影响大; 国外的自动压力源大多使用比例调节阀来控制气压，但由于比例阀有最小泵入气量的限制，因此造成压力变化的不连续而影响稳压控制精度。

　　对于以气体为压力介质的压力传感器检定，气压控制是制造压力源的核心技术。本气压控制方案使用伺服电机控制气缸中活塞的位置，通过改变气体容量来达到气压控制的目的。采用基于 PID 的控制算法，既可以产生线性变化的气压，也可以产生准确、稳定的气压。升降压速率连续可调，气压变化线性度良好; 气压稳压控制的最高精度为 ±0. 02% ( 本文所述精度均为满量程精度) ，30 min 内稳定度可达 ±0. 01% 满量程，实现了相当于一级压力标准精度的气压控制。

　　1 工作原理

　　图 1 是气压控制系统的结构示意图。系统由气缸、活塞、伺服电机以及丝杠等组成。作为控制器的单片机发出脉冲信号控制伺服电机转动，经行星齿轮减速器减速后，该转动动力通过柔性联轴器输送到滚珠丝杠副转换为直线运动，推动活塞来回运动。活塞的位置变动影响气缸容积，进而改变密封容器中气体压力介质的压强。

　　系统选用伺服电机作为动力源。伺服电机与步进电机类似，具有启动转矩大、无自转现象等优点。此外，伺服电机不仅能提供高转速( 额定转速可达 3000r / min) 以实现更宽的调速范围，而且输出转矩基本不随转速提高而减少，有利于气压动态控制; 精密行星齿轮减速器具有噪音小、体积小、转矩大的特点，特别是其回程间隙较小，当伺服电机换向时，活塞位置的变化能迅速反映为压力变化; 滚珠丝杠副具有精度高，既能低速进给，也可以高速进给的优点，与行星齿轮减速器通过柔性联轴器相连，以补偿轴向位移、径向偏移量及角偏移量。

　　活塞和气缸是气压控制系统的关键部件。为了保证活塞在长期工作中不漏气，使用了 2 组 O 形密封圈及一组 GT 密封件。GT 密封件具有可耐较高压力、较高温度的特性，长期使用也不易损坏。需要注意，所有密封件都应该使用合适的密封圈润滑脂。