计算机控制系统论文

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基于单片机的油气润滑供油系统的设计

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摘要

本文对油气润滑的供油系统的控制做了初步的构想，大体介绍了供油系统的作用及构成和控制的目标。介绍了拟采用的PID控制和模糊PID控制并且模拟了书中的一个PID控制的例子。

关键词 供油系统 PID控制

一 应用背景

油气润滑是将单独供送的润滑剂和压缩空气进行混和并形成紊流状的油气混和流后再供送到润滑点的润滑方式。可应用于冶金机械（冷热轧机、连铸机、推钢机等）、造纸机械、化工机械、机床以及轨道车辆等机械设备中轴承、齿轮及传动件的润滑。

润滑系统中的混合器用于将润滑油与气混合，形成油气两相流。供油系统为油气润滑设备的混合器提供润滑油。

一种油气润滑系统的框图如图1。

图1 一种油气润滑系统 [1]

油从供油装置进入分配器，被将润滑油均匀地分配到若干个给油口，进入混合器，与气混合形成油气两相流，最后进入油气分配器再被分为若干路，送至润滑点。

由于工作环境不同，具体润滑站环境温度也不同，一般是－15℃～50℃，工件运行环境温度－15℃～260℃。

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二 技术要求

2.1 供油系统出口流量及压强

流量：0．1ml／行程~1500ml/min

压强：5~7mpa

2.2 供油系统的构成

供油系统拟包括以下部分：

泵：使用齿轮泵 1.2L/min；

油箱：塑料油箱 10L；

液位计、过滤器、加热器、温度传感器、电接点压力表、溢流阀、减压阀（控制出口压力）、换向阀等，具体型号待定。

2.3 控制目标：

使用传感器测量油箱的温度、泵的出口的流量和压力、油箱内部的压力等参数，使用单片机控制泵的启停及转速、加热器以保证出口流量和压力、控制油箱的温度等。

油气润滑中由于需要的油量极少，需要对于泵进行起停控制，如在某油气润滑系统中，泵在一个小时内须工作l0次即l0个行程或者每360s工作一次，则泵的工作／暂停周期就是：每工作一个行程(6s)后停顿354s。

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三 控制方案设计

拟使用PID控制或模糊PID控制进行控制，控制器使用单片机。

在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器（亦称PID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点。

ΔUn = Kp[(en-en-1)+(T/Ti)en+(Td/T)(en-2*en-1+en-2)]

(1) 比例系数Ｋp对系统性能的影响

比例系数加大，使系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小。Ｋp偏大，振荡次数加多，调节时间加长。Ｋp太大时，系统会趋于不稳定。Ｋp太小，又会使系统的动作缓慢。Ｋp可以选负数，这主要是由执行机构、传感器以控制对象的特性决定的。如果Ｋｃ的符号选择不当对象状态(pv值)就会离控制目标的状态(sv值)越来越远，如果出现这样的情况Ｋp的符号就一定要取反。

(2) 积分控制Ｔｉ对系统性能的影响

积分作用使系统的稳定性下降，Ｔｉ小（积分作用强）会使系统不稳定，但能消除稳态误差，提高系统的控制精度。

(3) 微分控制Ｔｄ对系统性能的影响

微分作用可以改善动态特性，Ｔｄ偏大时，超调量较大，调节时间较短。Ｔｄ偏小时，超调量也较大，调节时间也较长。只有Ｔｄ合适，才能使超调量较小，减短调节时间。

PID控制系统原理框图如图2：

图2：PID控制系统原理框图

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PID流程图如图3：

图3：PID算法流程图

模糊PID控制系统原理框图如图4：

图4：模糊PID控制系统原理框图

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模糊PID流程图如图5：

图5：模糊PID流程图

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四 一个二阶系统的PID控制仿真练习

传递函数P（s）=

kD=3。

仿真模型图如图6：

图6：仿真模型图 133s+25skp=60、积分增益kI=1、微分增益

经过PID系统前后的正弦波如图7：

图7：经过PID系统前后的正弦波

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经过PID系统前后的方波如图8：

图8：经过PID系统前后的方波

由波形可知，该系统跟随正弦波的能力尚好，但是跟随方波的性能欠佳。

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五 总结

这个课题的任务是建立供油系统，包括油箱、泵、管路以及控制系统。仅仅是控制泵和加热器并不算复杂，但是具体的被控对象还未被建立，模糊控制系统需要对被控对象有较多了解，所以暂时不考虑使用。可能会使用传统的PID控制或是模糊PID控制。

今后的工作，首先应尽快确定泵、油箱等被控对象，提出更为明确的指标，然后才能建立控制系统。本文仅仅是我对于控制系统初步设想，不妥之处请老师指正！

参考文献

[1] 杨和中 刘厚飞.TURBOLUB油气润滑技术(一)[J].润滑与密封

[2] 杨和中 刘厚飞.TURBOLUB油气润滑技术(二)[J].润滑与密封

[3] 吴波 钱向红.油气润滑在H型钢厂万能轧钢轧辊轴承上的应用[J].润滑与密封

[4] 史淑英.方坯连铸机油气润滑系统[J].连铸，2006,（1）

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ykd4.html