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基于真空泵的正负压一连控制体系
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    PID控制办法,对体系特征举行细致探究和实验研讨。仿真和实验后果标明,基于真空泵的正负压一连控制体系具有精良的静态和静态特征,鲁棒性强,对体系参数变革有肯定的机动性,可以较好地满意体系高精度高呼应的要求。实验后果同时也证明白体系数学模子的准确性。

    0刖g种种空间航行器在空间航行历程中,都将间接遭到空间真空情况的影响。因而,在空中创建模仿航行器航行情况的实验安装十分须要,B为只要在种种航行器上天之前经过空中的模仿试骀,掌握航行器在空间事情的条件和特征,才干消弭航行中的种种隐患,到达航行控制的目标。正负压一连控制体系是经过对气体压力举行控制,模仿航行器航行高度变革的体系。

    真空泵是使用机器、物理、化学或物理化学办法在关闭空间中取得、改进和坚持真空的安装,通常使用于真空技能范畴。现在真空技能在机器、电子电器、航空航天以及高温等产业部分和迷信技能研讨范畴曾经失掉了普遍的使用。使用真空泵结构的真空体系次要用于开环控制场所,事情负压的调治接纳复杂的开关控制,而不克不及完成关闭容腔内真空的高精度高呼应一连闭环控制。

    提出以事空泵作负压源,将真空体系和睦动伺服控制体系举行无机的联合,创建了基于真空泵的正负压一连控制体系,并接纳含糊PID控制器举行控制,进而对该体系举行剖析研讨,得出了一些无益的结论,为气动技能和真空技能联合的深化研讨奠基了底子。

    1体系构成及其数学形貌1.1体系构成及事情原理基于真空泵的正负压一连控制体系原理图如所示,其次要由真空泵、正压气源、正负压调治安装及真氛围室等局部所构成。经过调治正负压调治安装,可完成正负压力高精度高呼应一连控制。

    基于真空泵的正负压一连控制体系事情形态包罗正压充气形态和负压抽气形态。负压抽气形态下,真空泵经过真氛围室和正负压调治安装举行抽气。正压充气形态下,正压气源经过正负压调治安装举行充气,同时正负压调治安装通向真氛围室的入口关闭,真空泵从真氛围室抽气。

    1.2体系数学模子依据以上对基于真空栗的正负压一连控制体系事情原理的剖析,气体在正负压一连控制体系中的活动是一个非常庞大的热力学历程,在气动技能和真空技能两个范畴的相干实际,辨别从正压充气和负压抽气两种事情形态对体系模子举行了细致的推导。这里对该体系的数学形貌扼要形貌如下。

    时表仿真盘算用参数参数数值正压气源压力/VkPa400真空栗极限压力;vPa200真氛围室容积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,体系其他参数稳定的状况下,真氛围室容积变大时,体系呼应响应变慢。若从正压源转到负压源时由于压力差过大发生振荡,则可以思索得当加大真氛围室容积举行缓冲,不外,这应分身对体系呼应的影响。

    (2)正压充气形态1)上2)上式(1)(4)即为形貌基于真空泵的正负压一连控制体系的数学模子。

    2仿真研讨仿真工夫//s真氛围室容积对体系功能影响1.真氛围室为0.1L2.真氛围室为0.2L(2)真空泵参数对体系功能的影响。从仿真后果来看,真空泵功能对体系也有影响,真空泵名义抽速越大,体系呼应越快。极限压力越小,体系呼应也越快。容腔压力降落得越低,压力变革越陡峭,这是由于容腔内压力靠近极限压力时,真空泵的实践抽速随之变小所发生的后果。显然,利用名义抽速大,极限压力小的真空泵的体系呼应绝对来说要快一些。

    针对所结构的基于真空泵的正负压一连控制体系,接纳MATLAB仿真软件,借助四阶龙格库塔法求解微分方程式(1)(4),剖析研讨基于真空泵的正负压一连控制体系事情特征,仿真参数如表(1)真氛围室容积对体系功能的影响。从仿岛工夫//s真空泵功能对体系影响2名义抽速3m3/h,极限压乃200Pa 2.2体系跟踪希冀信号呼应功能⑴体系跟踪阶跃信号呼应。a为体系跟踪10kPa阶跃信号的仿真后果,b为体系跟踪40kPa阶跃信号的仿真后果。经过比力两图的仿真曲线可知,体系所跟踪的阶跃信号巨细对体系呼应工夫有较大的影响,希冀的压力越高,体系的呼应工夫越短。

    仿真工夫//s体系跟踪阶跃信号的仿真后果出,体系跟踪上升信号分明比降落信号呼应要快。

    这是由于正压事情形态下,容腔压力与正压气源压力相差很大,充气历程敏捷,因此体系能疾速呼应,而在负压事情形态下,事情点越靠近负压源真空泵极限压力,真空泵实践抽速越小,从而体系呼应也响应变慢。

    (3)体系跟踪正弦信号呼应。中,体系在跟踪正弦波时,上升曲线有微小纹波呈现,这是由于正压气源压力与容腔压力相比很大,经过正负压调治安装的流速为声速,充气速率过快所致。曲线2与曲线1相比,体系事情点更靠近正压气源压力,其上升曲线段纹波征象绝对来说不是很明显。

    思索到基于真空泵的正负压一连控制体系是一个强非线性体系,依据以上对体系仿真研讨的剖析,体系参数和体系事情点的变革影响体系的功能。

    为了完成基于真空泵的正负压一连控制体系高呼应高精度的目标,提出如所示的含糊PID控制器。在大偏差范畴内接纳含糊控制,呼应速率快,且超调量小,体系的鲁棒性好。当偏差很小即差未几靠近含糊控制零挡时接纳PID控制,减小体系的稳态偏差,进步体系的控制精度。在实验研讨历程中,重点研讨了体系布局参数和差别希冀信号巨细对体系功能的影响,实验后果辨别见11.仿真工夫"s体系跟踪方波信号的仿真后果PID控制器被控工具阁7含糊PID控制布局图负压力越高,体系呼应就越快。0为体系跟踪方波信号的呼应曲线。体系跟踪方波时,上升曲线超调,从降落曲线来看,呼应曲线陡峭。上述实验后果与体系仿真研讨后果根本分歧,这也证明白实际剖析和仿真研讨的准确性。

    仿真工夫f/s阶跃信号为40kPa仿真曲线为真氛围室容积巨细差别时,体系呼应阶跃信号的实验曲线。真氛围室容积越大,体系呼应越慢n为体系参数相反,但阶跃信号差别的体系阶跃呼应曲线。显然,阶跃信号越大,即希冀的实验后果也标明,体系接纳含糊PID控制办法呼应疾速,关于体系参数的变革以及体系事情点的变革顺应功能强,有着较好的鲁棒性,稳态精度高,满意了体系高精度高呼应的要求。体系跟踪阶跃信号时,具有精良的疾速性,在差别的事情点其控制结果大抵相反,从相对压力lOOkPa降落到OkPa,其过度过程工夫为2.8s,稳态偏差不凌驾50Pa,-,1为体系跟踪正弦信号的呼应曲线,从曲线也可以看出,接纳含糊PID控制的体系具有精良的跟踪性,当跟踪频率为1Hz,幅值为0.2kPa的正弦信号时,其幅频偏差为2.04%,相频偏差为1.2794°。

    4结论提出了基于真空泵结构正负压一连控制体系的新头脑,研讨后果标明,体系构成疗式公道,含糊PID控制办法对基于真空泵的正负压一连控制体系是可行的,可以完成正负压力高精度高呼应一连控制。当相对压力从100kPa降落到10kPa,K过度过程工夫为2.8s,稳态偏差不凌驾50Pa,跟踪频率为1Hz,幅值为0.2kPa的正弦信号时,K-幅频偏差为2.04%,相频偏差为1.279基于真空泵的正负压一连控制体系是强非线性体系,体系参数变革和体系E作点变革对体系功能有较大的影响。

    基于真空泵的正负压一连控制体系特征仿真与实验研讨后果根本-致,证明白给出的体系数学模子的准确性。
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