气动泵流量控制系统的设计

图5 流量控制流程框图

3 PID子程序流程

将系统误差e(k)和误差变化率Δe(k)变化范围定义为e(k)，e(k)={NB，NM，NS，O，PS，PM，PB}，各元素分别代表流量差值及流量差值变化率。根据不同的e(k)，Δe(k)的量化取值和控制器数学模型，选择相应的控制器计算公式进行PID运算，从而完成流量的智能控制。专家PID控制算法的PID子程序计算流程如图6所示。

图6 PID子程序框图

Matlab下的仿真

Matlab是控制系统的一种分析和仿真软件，利用它可以方便准确地对控制系统进行仿真，为了验证数字PID算法的可靠性，采用Matlab6.5下的simulink组件对增量数字PID算法进行了仿真，仿真结果如图7所示。仿真结果表明运用PID对PWM方波进行调解具有良好的动态性和稳定性，从而证明了该气体流量控制系统得可行性。

图7 仿真结果

结语

传统的气体流量控制大多采用高速开关电磁阀，电磁阀的频繁开关会产生很大滞后性，不利于控制的系统的实时性。本设计采用了西门子的专用PID模块，大大简化了程序。同时，采用了图形编程方式，使程序更直观，交互界面更加友好。运用数字PID算法结合AVR单片机的PWM功能实现了气体流量的控制，利用PWM信号控制比例电磁阀开口的大小，实现了流量的连续控制，减少了滞后性，同时采用了增量式数字PID算法调节，实现了闭环控制，使系统调节更准确、更稳定。此外，运用Matlab软件进行了仿真，证明了系统的可行性。数字PID算法调整控制参数较之硬件PID控制器操作简便，系统设置灵活。