一種控制輪胎徑向載荷的pid控制器的制作方法

專利名稱：一種控制輪胎徑向載荷的pid控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種輪胎檢測的試驗控制裝置，特別涉及一種符合輪胎特性的控 制輪胎徑向載荷的PID (比例_積分_微分調節)控制器。
背景技術：
在工業生產中，為實現整個控制過程具有良好的可控制效果和魯棒性，常需要用 閉環控制方式來實現溫度、壓力、流量等連續變化的模擬量控制。無論使用模擬控制器的模 擬控制系統，還是使用計算機(包括PLC)的數字控制系統，PID(比例-積分-微分控制器) 控制都得到了廣泛的應用，當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學 模型時，控制理論的其它技術又難以采用時，最適合使用的是PID控制技術。目前，M00G， AT0S等液壓元件生產公司均有相應的PID控制產品，但其生產的PID控制產品大多為通用 型，采用其自產配套使用的伺服閥和伺服油缸來進行控制，這種控制方式的控制精度較低， 不但不符合輪胎試驗的特殊性要求，而且其價格還十分昂貴。

發明內容本實用新型所要解決的技術問題是，克服現有技術的缺點，提供一種具有高控制 精度的控制輪胎徑向載荷的PID控制器。 本實用新型所采用的技術方案是一種控制輪胎徑向載荷的PID控制器，包括設 定單元，設定檢測系統參數值；比較單元，對輸入信號和反饋信號進行比較；PID單元，對控 制參量進行控制，實現輸出與輸入誤差信號成比例關系；合成控制單元，對控制量進行合成 和/或疊加振顫信號；反饋單元，用來將被測物的狀態信號反饋給比較單元；輸出單元，控 制伺服閥運動，控制伺服系統啟動或停止；顯示單元，顯示檢測系統的工作狀態；所述的設 定單元、比較單元、PID單元、合成控制單元、反饋單元、輸出單元和顯示單元依次相互電連 接，所述的設定單元設置有，撥碼開關、調整電位器和功能選擇器；所述的反饋單元設置有 通用負荷電橋傳感器；所述的顯示單元設置有數碼管和指示燈顯示區域。 所述的負荷電橋傳感器，采用2或3mV/V的電橋傳感器。 在所述徑向載荷的PID控制器的各個連接部分，設置有保護裝置及安全控制裝置。 本實用新型的有益效果是結構設計簡單，檢測過程易于實現，參數調整方便，提 高了檢測精度，具有控制過程的穩定性、無靜差性、自適應控制的特點，提高了輪胎徑向載 荷檢測的動態跟隨特性。

圖1是本實用新型控制輪胎徑向載荷的PID控制器的電路組成方框圖； 圖2是本實用新型控制輪胎徑向載荷的PID控制器的模擬流程圖； 圖3是本實用新型控制輪胎徑向載荷的PID控制器的參考輸入示意圖；[0011] 圖4是本實用新型控制輪胎徑向載荷的PID控制器的反饋信號示意圖； 圖5是本實用新型控制輪胎徑向載荷的PID控制器的比較器與PID單元示意圖； 圖6是本實用新型控制輪胎徑向載荷的PID控制器的PID合成諧振控制示意圖； 圖7是本實用新型控制輪胎徑向載荷的PID控制器的輸出單元示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細說明 圖1是本實用新型控制輪胎徑向載荷的PID控制器的電路組成方框圖；如圖1所 示，一種專門針對輪胎特性設計控制輪胎徑向載荷的PID控制器，用于輪胎里程試驗中實 現閉環控制，包括設定單元，設定檢測系統參數值；比較單元，對輸入信號和反饋信號進 行比較；PID單元，對控制參量進行控制，實現輸出與輸入誤差信號成比例關系；合成控制 單元，對控制量進行合成和/或疊加振顫信號；反饋單元，用來將被測物的狀態信號反饋給 比較單元；輸出單元，控制伺服閥運動，控制伺服系統啟動或停止；顯示單元，顯示檢測系 統的工作狀態；所述的設定單元、比較單元、PID單元、合成控制單元、反饋單元、輸出單元 和顯示單元依次相互電連接。所述的設定單元設置有，撥碼開關、調整電位器和功能選擇 器；所述的反饋單元設置有通用負荷電橋傳感器，采用2或3mV/V的電橋傳感器均可以直接 連接使用；所述的顯示單元設置有數碼管和指示燈顯示區域。在所述控制輪胎徑向載荷的 PID控制器的各個連接部分，設置有保護裝置及安全控制裝置，在輪胎里程試驗過程中，隨 著測試輪胎的徑向負載的階躍式變化，整個控制系統參數的不斷變化，將本實用新型的PID 參數進行調節后，形成PID控制調節，通過PID參數調節，控制輪胎測試時徑向載荷的階躍 式變化，能很好的克服由于系統負載變化后整體參數變化對系統控制的影響，從而有效改 善了系統的動態特性，明顯提高動態跟隨特性的控制效果。 圖2是本實用新型控制輪胎徑向載荷的PID控制器的模擬流程圖，如圖2所示，本 實用新型PID控制器的基本工作原理是 本實用新型控制輪胎徑向載荷的PID控制器，根據參考輸入和反饋信號，計算實 際施加載荷和設定載荷之間的偏差以及當前的偏差變化速度，在推理器中借助經驗進行推 理，推理器輸出PID控制器的比例系數、積分系數和微分系數，把它們作為當前控制器的參 考進行PID控制，由于每一次控制時，控制器的參數都是根據具體控制情況進行實時修正 的，因而，能夠達到載荷作用的最精確控制。 本PID控制器將反饋信號放大器、PID調節、信號轉換輸出均設置在一個控制板 上，改變了傳統的液壓伺服控制器一般由2至3塊控制板組成的模式，即達到便于安裝和調 試的要求。本PID控制器接收載荷設定電壓、載荷傳感器反饋信號，在控制板內將反饋信號 放大為0 10V電壓信號，并與設定信號進行比較，差值經PID調節以及信號轉換輸出電流 控制伺服閥，由伺服閥控制油缸運動方向、速度，從而改變載荷傳感器的受力大小，使載荷 傳感器的受力與設定一致。通過調節載荷信號反饋增益K，可以對實際施加的力進行校準。 控制器的顯示部分，根據撥碼開關所選擇的位置，實時的顯示選擇擋位的數據量 化值。指示燈區域的LD1為電源-E， LD2為電源+E， LD3為誤差信號負超限指示，LD4為誤 差信號正超限指示，LD5伺服啟動指示，LD6供電電源+指示，LD9供電電源-指示。 圖3是本實用新型控制輪胎徑向載荷的PID控制器的參考輸入示意圖；如圖3所示，本實用新型的輸入信號為0 10V電壓信號，經過電位器調節實現線性匹配，通過撥碼 開關SW7. 3實現數碼管顯示。對于設定信號能夠進行零點調節，消除設定電壓信號的衰減， 提高設定精度。經過濾波、補償后的信號輸入到比較器。 設定單元中的撥碼開關部分，決定數碼管表頭顯示部分的內容，撥碼開關部分共 設置SW1 10十個撥碼開關。并且，任意時刻最多只能有一位處于ON擋位。其中，SW1內 設定，SW2誤差值，SW3外設定，SW4誤差放大合成值，SW5閥電流值，S怖負積分禁止設定值， SW7正積分禁止設定值，SW8載荷反饋，SW9內部輸出值，SW10內部匹配放大器輸出。 調整電位器部分，共設置W1、2、3、5 12十二個調整電位。通過聯調的調整方式， 使系統在進入穩態后消除穩態誤差，避免了被控量超調，使整個區間均能滿足測試要求。其 中，Wl為設定匹配器傳遞系數調節，W2為調整傳感器的反饋增益，W3為調整傳感器反饋的 零點，W5為調整屏幕顯示的增益，怖為調整屏幕顯示的零點，W7為負告警門限電平調節，W8 為正告警門限電平調節，W9為積分器輸出電平調節，W10為微分器輸出電平調節，Wll為勵 振電平調節，W12為勵振頻率調節，W13為閥電流顯示放大器增益調節。 功能選擇器由JP、 JI、 JD、 JC、 JT3和幾6六個主要跳線選擇裝置組成。根據系統 的誤差，利用比例、積分、微分計算，對控制量進行控制選擇，實現控制器的輸出與輸入誤差 信號成比例關系，改善系統在調節過程中的動態特性。JP為P放大器增益選擇，JI為I放 大器增益選擇與調整，JD為D放大器增益選擇與調整，JC總增益選擇，JT3電平超限告警電 路的輸入信號選擇，幾6積分抑制控制方式選擇。 連線端子由Xl-4、 Xl-5、 X2-l 5、 X3_l、 X3_2、 X4-5 8、 X5-1 3、 CZ1-1 5 組成。通過各連線端子的不同連接，將實現設定輸入、傳感器輸出、試驗載荷輸出、伺服系統 驅動、連接電源和數字表頭顯示等作用。其中，Xl-4為設定量輸入(+)，Xl-5為設定量輸入 (-)，X2-l為傳感器屏蔽接地端，X2-2接傳感器輸出信號(+) ，X2-3接傳感器輸出信號(_)， X2-4接激勵電源+E輸出端，X2-5接激勵電源-E輸出端，X3-1實際載荷輸出(+) ， X3-2實 際載荷輸出(_)， X4-5伺服閥驅動使能輸入，X4-6伺服閥驅動使能接地保護，X4-7伺服閥 驅動輸出(+) ， X4-8伺服閥驅動輸出(_) ， X5-l接+15V電源輸入，X5-2接地，X5-3接-15V 電源輸入，CZl-l數字表頭引線屏蔽端，CZl-2數字表頭輸入(+)，CZl-3數字表頭輸入(-)， CZ1-4數字表頭接地保護，CZ1-5數字表頭電源+。 圖4是本實用新型控制輪胎徑向載荷的PID控制器的反饋信號示意圖，如圖4所 示，本實用新型控制輪胎徑向載荷的PID控制器的反饋信號為電流信號，運用通用負荷傳 感器的電橋原理，2或3mV/V的電橋傳感器均可以直接連接使用。本控制器并為電橋式負 荷傳感器提供穩定的DC10V電源。反饋電流信號經過可調的增益、零點放大到與設定匹配 的電壓信號。放大后的電壓信號亦能夠進行零點、線性調節輸出到PLC進行顯示、打印。同 時，反饋信號傳遞到比較器與設定信號進行比較。 圖5是本實用新型控制輪胎徑向載荷的PID控制器的比較器與PID單元示意圖； 如圖5所示，從設定單元和反饋單元傳遞來的電壓信號，經過比較器進行差值運算，運算所 得的差值記為e。本實用新型的輸出是以該差值為依據的，因此e為關鍵量。該量的大 小、變化方向、變化梯度均影響輸出的特性曲線，e的值可以通過TP4測量點測量。比較器 的前端設置有調零功能，當設定、反饋均為零時進行調節，保證比較器的輸出也是零。差值 信號也同時進行P、 1、D處理，通過跳線與可調電位器的適配調整，可以對P、 1、D的比例系
5數、積分時間、微分時間等進行設置和調節。其中I分量可以通過跳線選擇是否使用，如果 不使用I分量則該系統是PD控制系統，同樣D分量亦可以通過跳線選擇是否使用，如果不 使用D分量則該系統為PI控制系統。另外，由于輪胎自身具有的粘彈性體特性，有時D分 量需要設置為負，即進行負向微分。 圖6是本實用新型控制輪胎徑向載荷的PID控制器的PID合成諧振控制示意圖； 如圖6所示，P、 I、D分量通過合成輸出控制信號，由于輪胎自身具有不圓度特性，合成控制 量需要疊加振顫功能。在本實用新型控制系統中，諧振頻率、振顫幅度都是可以調節的，以 適應不同規格輪胎在不同速度下的頻率特性。在P、I、D各分量均為零時，可以對合成諧振 控制輸出進行零點調節，消除諧振合成器的輸出誤差。為了適應不同伺服閥的零點偏移特 性，伺服閥輸出電流方向也是可以調整的，通過電流跳線和接線方向的調整，使閥漂移方向 為負。 圖7是本實用新型控制輪胎徑向載荷的PID控制器的輸出單元示意圖。如圖7所 示，PID合成信號經電壓/電流轉換即可以控制伺服閥運動，通過外部觸點控制伺服系統啟 動或停止。 本實用新型控制輪胎徑向載荷的PID控制器，用于輪胎里程試驗機的控制系統 后，使得該系統的抗干擾能力得到顯著的改善，在試驗載荷不斷變化和高頻振動的情況下， 所控制的載荷施加精度可達±1% P. S.以內，使系統的控制精度得到很大的提高，而且，從 起始檢測到穩定工作狀態的過渡時間大大縮短，在15秒以內就測試系統就可達到穩定工 作狀態。在應用于大慣性、非線性、大滯后性、強干擾的輪胎里程試驗機的控制系統后，極大 地提高了測試效果的仿真性。 值得指出的是，本實用新型的保護范圍并不局限于上述具體實例方式，根據本實 用新型的基本技術構思，也可用基本相同的結構對所述反饋電路和控制電路進行改進。只 要本領域普通技術人員無需經過創造性勞動，即可聯想到的實施方式，均屬于本實用新型 的保護范圍。
權利要求一種控制輪胎徑向載荷的PID控制器，其特征在于，包括設定單元，設定檢測系統參數值；比較單元，對輸入信號和反饋信號進行比較；PID單元，對控制參量進行控制，實現輸出與輸入誤差信號成比例關系；合成控制單元，對控制量進行合成和/或疊加振顫信號；反饋單元，用來將被測物的狀態信號反饋給比較單元；輸出單元，控制伺服閥運動，控制伺服系統啟動或停止；顯示單元，顯示檢測系統的工作狀態；所述的設定單元、比較單元、PID單元、合成控制單元、反饋單元、輸出單元和顯示單元依次相互電連接，所述的設定單元設置有，撥碼開關、調整電位器和功能選擇器；所述的反饋單元設置有通用負荷電橋傳感器；所述的顯示單元設置有數碼管和指示燈顯示區域。
2. 根據權利要求1所述的控制輪胎徑向載荷的PID控制器，其特征在于，所述的負荷電 橋傳感器，采用2或3mV/V的電橋傳感器。
3. 根據權利要求1或2所述的控制輪胎徑向載荷的PID控制器，其特征在于，在所述徑 向載荷的PID控制器的各個連接部分，設置有保護裝置及安全控制裝置。
專利摘要本實用新型公開了一種針對輪胎特性設計的輪胎徑向載荷的PID控制器，用于輪胎里程試驗中實現閉環控制，包括設定單元、比較單元、PID單元、合成控制單元、反饋單元、輸出單元和顯示單元依次相互電連接。設定單元設置有，撥碼開關、調整電位器和功能選擇器；反饋單元設置有通用負荷電橋傳感器，采用2或3mV/V的電橋傳感器；在本控制器的各個連接部分，還設置有保護及安全控制裝置。本實用新型的有益效果是結構設計簡單，檢測過程易于實現，參數調整方便，提高了檢測精度，具有控制過程的穩定性、無靜差性、自適應控制的特點，提高了輪胎徑向載荷檢測的動態跟隨特性。
文檔編號G05B11/42GK201508471SQ200920097828
公開日2010年6月16日 申請日期2009年7月21日 優先權日2009年7月21日
發明者顧正 申請人:天津久榮車輪技術有限公司