基于pwm和pcm技術(shù)的快速流量控制閥組及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種快速流量控制閥組及其控制方法，具體說是一種基于PWM和PCM技術(shù)的快速流量控制閥組及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]常用的管路內(nèi)氣體流量調(diào)節(jié)器件為穩(wěn)壓閥或調(diào)節(jié)閥。前者集成了自控機(jī)制，依據(jù)設(shè)定閾值改變閥出口口徑，響應(yīng)速度較快，但口徑較小，僅適用于小流量氣體控制；后者通過外部電信號(hào)作用實(shí)現(xiàn)閥門開度變化，可選口徑范圍廣，適用于大流量氣體控制，但閥門響應(yīng)速度慢，存在嚴(yán)重的死區(qū)和遲滯非線性，不適合快速控制。可見，單一閥門用于氣體流量控制，存在著口徑和響應(yīng)速度之間的互相制約，難以達(dá)到大流量氣體快速控制的目的。
[0003]由于口徑相當(dāng)?shù)那闆r下，開關(guān)閥門響應(yīng)速度要比調(diào)節(jié)閥快，因此，基于開關(guān)閥門的時(shí)間脈沖和空間脈沖控制思想被引入氣體流量控制問題中，代表性的技術(shù)為PWM (脈寬調(diào)制)和PCM (脈碼調(diào)制)，前者利用連續(xù)脈沖建立閥門開關(guān)信號(hào)的占空比，使開關(guān)閥等效出不同的口徑，從而改變氣體流量，這種技術(shù)雖然響應(yīng)速度比單一調(diào)節(jié)閥明顯改善，但響應(yīng)速度依然受制于管道口徑，常用高頻開關(guān)閥口徑不會(huì)很大；后者利用二進(jìn)制編碼技術(shù)，設(shè)計(jì)節(jié)流面積為2倍等比序列的節(jié)流管路組，通過控制節(jié)流管路通斷，建立與二進(jìn)制編碼等值的十進(jìn)制管路節(jié)流總面積，從而改變氣體流量，該技術(shù)不僅響應(yīng)速度快，而且適用的管路口徑更大，可以實(shí)現(xiàn)大流量氣體快速控制，并已在工業(yè)領(lǐng)域成功使用。但PCM流量控制技術(shù)依然存在一些不足:(I)節(jié)流管路口徑通常不同，導(dǎo)致氣流在各管路產(chǎn)生的管阻損耗存在差異，使等效節(jié)流面積非2倍等比關(guān)系；(2)節(jié)流管路中實(shí)質(zhì)上存在節(jié)流板孔和開關(guān)閥兩種節(jié)流器件，使實(shí)際的節(jié)流管路面積分配很難構(gòu)成2倍等比關(guān)系；(3)節(jié)流板孔面積固定，使整個(gè)氣體管路的最大節(jié)流面積也固定，整個(gè)裝置僅適用于一種工況，再利用性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決以上不足，提出一種基于PWM和PCM技術(shù)的快速流量控制閥組及其控制方法。
[0005]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:基于PWM和PCM技術(shù)的快速流量控制閥組，主管路內(nèi)設(shè)有多個(gè)并行的節(jié)流管路，每個(gè)節(jié)流管路上均設(shè)置與可編程邏輯控制器連接的比例開關(guān)閥。
[0006]所述節(jié)流管路以主管路的軸心為中心環(huán)形排列。所述節(jié)流管路入口內(nèi)/外徑相等，節(jié)流管路長度相同。所述主管路截面積不小于節(jié)流管路的截面積之和。
[0007]基于PWM和PCM技術(shù)的快速流量控制閥組控制方法，包括以下步驟:
[0008]設(shè)定各節(jié)流管路的比例開關(guān)閥開口面積按節(jié)流管路順時(shí)針依次增加一倍；
[0009]可編程邏輯控制器將主管路節(jié)流設(shè)定值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制編碼，對節(jié)流管路進(jìn)行順序優(yōu)化后，將二進(jìn)制編碼的各位數(shù)值轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)控制各個(gè)節(jié)流管路設(shè)置的截止閥通斷。
[0010]所述對節(jié)流管路進(jìn)行順序優(yōu)化包括以下步驟:
[0011]I)將二進(jìn)制編碼的各位數(shù)值順時(shí)針依次對應(yīng)各節(jié)流管路；
[0012]2)設(shè)定一個(gè)編碼為“I”的節(jié)流管路為起點(diǎn)；
[0013]3)編碼為“I”的節(jié)流管路與其在順時(shí)針方向上相鄰編碼為“O”的節(jié)流管路的編碼值互換；
[0014]4)計(jì)算編碼為“I”的節(jié)流管路中心點(diǎn)連線所組成的多邊形重心與主管路中心點(diǎn)的距離DlJfDl賦值給DO ；
[0015]5)重復(fù)步驟3)-4)，比較Dl與DO ;如Dl小于D0，則將Dl賦值D0，確認(rèn)該次移動(dòng)，
并沿順時(shí)針方向重復(fù)步驟3);如01大于等于D0，則取消該次移動(dòng)，直至除起點(diǎn)之外編碼為“I”的節(jié)流管路都進(jìn)行過編碼值互換、并且不存在相鄰的編碼為“I”的節(jié)流管路為止；此時(shí)，互換編碼值后的各節(jié)流管路按照其原有序號(hào)的順序、比例開關(guān)閥開口面積依次增加一倍。
[0016]所述將二進(jìn)制編碼的各位數(shù)值轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)控制各個(gè)節(jié)流管路設(shè)置的截止閥通斷閥具體為:控制編碼為“I”的節(jié)流管路上的截止閥導(dǎo)通；控制編碼為“O”的節(jié)流管路上的截止閥截止。
[0017]本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn):
[0018]1.本發(fā)明將PWM閥門比例控制技術(shù)與傳統(tǒng)的PCM氣體流量控制技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)大流量氣體的快速準(zhǔn)確流量調(diào)節(jié)。
[0019]2.本發(fā)明的平行節(jié)流管路以主管路軸為中心環(huán)形排列，而不再是在同一平面平行排列，消除各節(jié)流管路入口之間管阻差別。
[0020]3.本發(fā)明的節(jié)流管路入口口徑相等，利用高速開關(guān)閥作為節(jié)流裝置，避免主管路氣流分配時(shí)各節(jié)流管路因入口口徑不同形成的不同管阻。
[0021]4.本發(fā)明的節(jié)流管道的分布，采用優(yōu)化策略，使節(jié)流管路入口處的阻力分配更加平均。
[0022]5.本發(fā)明的節(jié)流管路分布的優(yōu)化策略是通過度量編碼為“I”的節(jié)流管路中心點(diǎn)連線所組成的多邊形重心與主管路中心點(diǎn)的距離，確定節(jié)流管路分布均勻程度。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的控制原理圖。
[0024]圖2為本發(fā)明中的節(jié)流管道優(yōu)化排列方法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0026]一種基于PWM和PCM技術(shù)的快速流量控制閥組，裝置包括:主管路1、節(jié)流管路組2、比例開關(guān)閥組3和可編程邏輯控制器4。在PCM(脈碼調(diào)制)氣體流量控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，采取了三個(gè)改進(jìn)措施:(1)平行節(jié)流管路以主管路軸為中心環(huán)形排列；(2)利用PWM (脈寬調(diào)制)閥門比例控制技術(shù)調(diào)節(jié)管道有效節(jié)流面積；(3)優(yōu)化節(jié)流管路組排列順序。
[0027]本發(fā)明采用的技術(shù)方案:
[0028]本裝置主管路截面積S不小于節(jié)流管路組截面積S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7之和，以保證管道節(jié)流點(diǎn)位于節(jié)流閥門處，只需要通過縮放節(jié)流閥的節(jié)流面積，即可改變整個(gè)管道的最大節(jié)流面積，節(jié)流器件與主管路口徑無需嚴(yán)格匹配。
[0029]為解決傳統(tǒng)PCM方法中主管路與節(jié)流管路銜接處氣流阻力分布不均的問題，本裝置采用兩種改進(jìn):(I)節(jié)流管路入口口徑相等，利用高速開關(guān)閥作為節(jié)流裝置，避免主管路氣流分配時(shí)各節(jié)流管路因入口口徑不同形成的不同管阻；(2)平行節(jié)流管路以主管路軸為中心環(huán)形排列，而不再是在同一平面平行排列，消除各節(jié)流管路入口之間管阻差別。
[0030]本裝置利用脈寬調(diào)制的占空比生成各管道等效節(jié)流面積的2倍等比序列，使PCM技術(shù)在等口徑節(jié)流管組上得以應(yīng)用；并且，從氣流阻力分配均衡的角度考慮，采用優(yōu)化策略，將編碼為“I”的管路在排管中的位置均勻分布在主管路的周圍，使節(jié)流管路入口處的阻力分配更加平均。
[0031]所述的優(yōu)化策略是通過度量編碼為“I”的節(jié)流管路中心點(diǎn)連線所組成的多邊形重心與主管路中心點(diǎn)的距離，確定節(jié)流管路分布均勻程度——距離越近，分布越均