一種基于溫度補償的通用氣路控制系統和方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于分析儀器技術領域，特別涉及一種基于溫度補償的通用氣路控制系統 和方法。
【背景技術】
[0002] 氣相色譜儀在石油、化工、生物化學、醫藥衛生、食品工業、環保等方面應用廣泛， 能夠對氣體進行定量和定性分析。目前市面上常用的氣相色譜儀包含溫度傳感器、加熱裝 置、壓力傳感器、電子閥等反饋控制裝置。
[0003] 現有的氣相色譜儀采用PID控制算法，通過一個壓力傳感器和電子閥對氣路壓力 進行控制。隨著氣相色譜儀應用的推廣和市場的不同需求，由于現有的壓力傳感器的溫漂 現象，氣相色譜儀在某些應用場景下已經無法滿足相應需求。目前，部分氣相色譜儀采用低 溫漂的壓力傳感器來彌補這一不足，但是其價格昂貴，導致氣相色譜儀成本。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于溫度補償的通用氣路控制 方法，保證了不同溫度下的氣路壓力控制穩定性，使其滿足不同應用場景下的需求。
[0005] 本發明的技術方案是，一種基于溫度補償的通用氣路控制系統，該系統包括PID 控制器、電磁閥和壓力傳感器，
[0006] 所述PID控制器的輸出端通過電磁閥驅動模塊連接所述電磁閥，
[0007] 連接氣路的壓力傳感器的數據輸出反饋至所述PID控制器，構成閉環控制，
[0008] 所述氣路控制系統還包括溫度傳感器，該溫度傳感器的數據輸出也反饋連接至所 述PID控制器。
[0009] 進一步的，所述氣路控制系統采用如下控制方法：
[0010] (al)對所述溫度傳感器建模，根據溫度傳感器的特性，得到：
[0011] Tnow= (Vtmw-Vto) X dTdv (公式 11)
[0012] 其中T_為當前溫度值；VT_為當前溫度傳感器電壓值；V τ。為0°時溫度傳感器 電壓值；dTdv為溫度與電壓的比例系數。通過兩點校準，可以得到V t。與dTdv的值；
[0013] (a2)對壓力傳感器建模，根據測量壓強以及溫度對壓力傳感器輸出電壓的影響， 其模型如下：
[0014] Vpnow= 0+d0 dT X Tnow+(K+dKdT X Tnow) X Pnow+(S+dSdT X Tnow) XPnow2
[0015] (公式 12)
[0016] 其中VP_為當前的壓力傳感器電壓值；0為在0°C時壓力傳感器的零點電壓值； d0dT為當前的壓力傳感器的零點電壓溫度補償系數；!~_為當前的溫度；K為在(TC時壓力和 電壓的線性比例系數；dK dTS在壓力和電壓的線性比例溫度補償系數；s為在OtC時壓力和 電壓的平方比例系數；dS dT為在壓力和電壓的平方比例溫度補償系數；P_為當前的實際壓 力；
[0017] 通過六點校準，計算出該模型中0、d0dT、K、dKdT、S、dS dT六個參數的值
[0018] 得到該模型后，將其進行反推，可得到
[0020] (a3)將溫度補償算法整合，對計算得到的溫度傳感器模型和壓力傳感器模型進行 融合，得到下列公式
[0022] (公式 14)
[0023] 該公式4中，VP_ VP_為輸入量，P _為輸出量，將該公式用于閉環反饋中，即實現 了溫度補償功能，
[0024] 所述PID控制器采用經典PID算法，設Pset為期望的壓強值，則PID控制器每隔At 通過溫度補償算法計算實際壓強P_，與壓強設置值進行對比，根據參考公式1的PID算法， 計算出比例閥控制參數D。，控制氣流大小，從而形成閉環，保持壓強穩定：
[0026] 進一步的，所述PID控制器采用DM3730,所述溫度傳感器采用霍尼韋爾RTD傳感 器，所述壓力傳感器采用189系列，所述電磁閥采用parker電磁比例閥，
[0027] 所述溫度傳感器和壓力傳感器數據輸出連接所述DM3730的AD轉換模塊，所述 DM3730的PffM控制模塊的連接所述parker電磁比例閥。
[0028] -種基于溫度補償的通用氣路控制系統，用于氣相色譜儀的氣路控制，該控制系 統包括PID控制器、電磁閥和壓力傳感器，
[0029] 所述PID控制器的輸出端通過電磁閥驅動模塊連接所述電磁閥，
[0030] 連接氣路的壓力傳感器的數據輸出反饋至所述PID控制器，構成閉環控制，
[0031] 所述氣路控制系統還包括溫度傳感器，該溫度傳感器的數據輸出也反饋連接至所 述PID控制器。
[0032] -種基于溫度補償的通用氣路控制方法，用于氣相色譜儀的氣路控制，針對該氣 路控制的系統包括PID控制器、電磁閥和壓力傳感器，
[0033] 所述PID控制器的輸出端通過電磁閥驅動模塊連接所述電磁閥，
[0034] 連接氣路的壓力傳感器的數據輸出反饋至所述PID控制器，構成閉環控制，
[0035] 所述氣路控制方法是增加一個溫度傳感器，該溫度傳感器的數據輸出也反饋連接 至所述PID控制器。
[0036] 進一步的，所述的控制方法包括步驟：
[0037] (bl)對所述溫度傳感器建模，根據溫度傳感器的特性，得到：
[0038] Tnow= (Vtmw-Vto) X dTdv (公式 16)
[0039] 其中T_為當前溫度值；VT_為當前溫度傳感器電壓值；Vt。為0°時溫度傳感器電 壓值；dT dv為溫度與電壓的比例系數。通過兩點校準，可以得到Vt。與dTdv的值；
[0040] (b2)對壓力傳感器建模，根據測量壓強以及溫度對壓力傳感器輸出電壓的影響， 其模型如下：
[0043] 其中VP_為當前的壓力傳感器電壓值；0為在o°c時壓力傳感器的零點電壓值； d0dT為當前的壓力傳感器的零點電壓溫度補償系數；!~_為當前的溫度；K為在(TC時壓力和 電壓的線性比例系數；dK dTS在壓力和電壓的線性比例溫度補償系數；s為在OtC時壓力和 電壓的平方比例系數；dS dT為在壓力和電壓的平方比例溫度補償系數；P_為當前的實際壓 力；
[0044] 通過六點校準，計算出該模型中0、d0dT、K、dKdT、S、dS dT六個參數的值
[0045] 得到該模型后，將其進行反推，可得到
[0047] (b3)將溫度補償算法整合，對計算得到的溫度傳感器模型和壓力傳感器模型進行 融合，得到下列公式
[0050] 該公式4中，VP_ VP_為輸入量，Pnm^輸出量，將該公式用于閉環反饋中，即實現 了溫度補償功能，
[0051] 所述PID控制器采用經典PID算法，設Pset為期望的壓強值，則PID控制器每隔At 通過溫度補償算法計算實際壓強P_，與壓強設置值進行對比，根據參考公式1的PID算法， 計算出比例閥控制參數D。，控制氣流大小，從而形成閉環，保持壓強穩定：
[0053] 本發明針對將壓力傳感器與溫度傳感器的數據依據溫度補償算法進行融合，計算 得到壓強反饋值，并將該值作為閉環控制的實際反饋值。本發明通過引入了溫度傳感器，將 其加入到閉環中，對反饋壓力進行補償，從而減小了壓力傳感器溫漂對閉環的影響，很好 解決了氣相色譜儀的氣路控制精度問題，同時也降低了氣相色譜儀的成本問題。
【附圖說明】
[0054] 圖1本發明控制系統結構框圖。
[0055] 圖2本發明實施例中系統硬件結構框圖。
【具體實施方式】
[0056] 本發明包括：PID控制器、溫度傳感器、電磁閥和壓力傳感器。PID控制器通過AD 轉換芯片與溫度傳感器和壓力傳感器的輸出管腳連接，通過PWM控制模塊與電磁閥連接。 該系統所包含的PID控制器、一個電磁閥、一個溫度傳感器和一個壓力傳感器，構成一個閉 環，保證壓強的實時精確調節。具體系統框圖如圖1所示。
[0057] 本發明將壓力傳感器與溫度傳感器的數據依據溫度補償算法進行融合，計算得到 壓強反饋值，并將該值作為閉環控制的實際反饋值，溫度補償算法具體如下。
[0058] 1)溫度傳感器建模，根據溫度傳感器的特性，得到：
[0060] 其中T_為當前溫度值；VT_為當前溫度傳感器電壓值；Vt。為0°時溫度傳感器電 壓值；dT dv為溫度與電壓的比例系數。通過兩點校準，可以得到Vt。與dTdv的值。
[0061] 2)壓力傳感器建模，根據測量壓強以及溫度對壓力傳感器輸出電壓的影響，其模 型如下：
[0064] 其中VP_為當前的壓