【正文】 壓力控制，等等。在參考文獻中，作者研究了真空壓力連續(xù)控制系統(tǒng)，如圖1所示，它采用壓縮機和真空泵作為壓力和真空源。研究結(jié)果表明，該系統(tǒng)的表現(xiàn)出理想的靜態(tài)和動態(tài)特性，但它不能滿足小型化系統(tǒng)需求，因為壓縮機和真空泵具有較大的尺寸和較高的生產(chǎn)成本。而混合泵是一種小體積類型的真空泵，能產(chǎn)生兩種壓力和真空。此外，在真空場下，混合泵是廣泛使用的。應(yīng)用混合泵的真空系統(tǒng)，主要是開放式的控制。壓力和真空可以由簡單的控制進行調(diào)整。例如，在包裝行業(yè)，吹瓶及抽水行動是通過混合泵不斷變化的工作狀態(tài)來完成的紙品運輸。而在真空技術(shù)領(lǐng)域，對壓力和真空的高精度，快響應(yīng)的封閉式控制很少有研究認為。圖. 1真空壓力連續(xù)控制系統(tǒng)真空泵試驗原理示意圖基于混合泵的壓力和真空連續(xù)控制系統(tǒng)，提出了以混合泵作為壓力和真空來源的真空系統(tǒng)及氣動伺服模糊控制系統(tǒng)相結(jié)合的觀點。 PID控制器被引入該系統(tǒng)，進一步的分析和研究系統(tǒng)的特性。該系統(tǒng)的研究，促進了氣動及真空技術(shù)的結(jié)合。此外，該研究發(fā)展半實物仿真飛行高度導(dǎo)彈的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。1 系統(tǒng)設(shè)計原理基于混合泵的真空壓力連續(xù)控制系統(tǒng)的實驗原理如圖2所示。該系統(tǒng)由混合泵，伺服閥和封閉室等組成，與圖1所示系統(tǒng)相比較，研究表明，圖2所示系統(tǒng)采用混合泵作為壓力和真空源。封閉室是系統(tǒng)的控制單元。通過改變伺服閥輸入信號，可在封閉室中實時控制壓力和真空度，由此，通過高精度、快速響應(yīng)提供絕對壓力信號。2 混合泵真空壓力連續(xù)控制系統(tǒng)建模混合泵真空壓力連續(xù)控制系統(tǒng)包括兩個子系統(tǒng)，壓力子系統(tǒng)和真空子系統(tǒng)。氣流通過真空壓力連續(xù)控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜的熱力學(xué)過程，則下面的假說可能使該系統(tǒng)建模更為方便。 1）流動空氣是理想氣體，滿足理想氣體狀態(tài)方程 。 2）流動過程中的氣體等熵且絕熱時，絕熱氣體指數(shù) 。 3）外界溫度對氣流的影響被忽略。 4）流動阻力或流導(dǎo)組件對各種壓力或真空的影響，例如空氣油管等，忽略不計。 5）該系統(tǒng)能量流失對各種壓力和真空的影響，忽略不計。 基于上述假設(shè)，利用守恒方程能源，連續(xù)方程，抽真空系統(tǒng)方程和真空技術(shù)基本方程，基于混合泵的壓力和真空系統(tǒng)對兩個工作模式進行分析。 在真空工作模式中，混合泵通過伺服閥從封閉室發(fā)出的氣流和混合泵直接發(fā)出的氣流相聯(lián)系。圖3數(shù)學(xué)模型示意圖表明，該系統(tǒng)在真空工作模式下，輸出封閉室流量等于輸出伺服閥的流量、 (1) (2) (3)其中 ——伺服閥有效截面積； ——系數(shù)流； ——閥芯位移； d——閥芯公稱直徑； ——閥芯位移比例系數(shù)； ——伺服閥輸入信號； k——絕熱指數(shù)氣體； R——氣體常數(shù)；T——高溫空氣； P——封閉室絕對壓力； ——伺服閥輸出絕對壓力； V——封閉室體積。伺服閥流出量等于混合泵抽出流量 (4) 其中 ——混合泵公稱位移；——混合泵極限真空度；——混合泵進水口絕對壓力。在壓力工作模式，進入混合泵氣流量與通過封閉室的空氣流和壓縮氣流相連接通過伺服閥。，該系統(tǒng)在真空工作模式下，由輸入封閉室流量等于輸出伺服閥的流量。( 5 ) 其中 ——混合泵極限壓力。聯(lián)立方程可以得出，其中敘述了模型的壓力和真空連續(xù)控制系統(tǒng)基于混合泵在形式代數(shù)微分方程。如下。 （1）真空環(huán)境中工作模式。 （6） （2）壓力環(huán)境中工作模式 （7） （8）公式（6）—（8）是混合泵在真空環(huán)境和壓力環(huán)境中的數(shù)學(xué)計算。模擬研究在圖1中所示的基于混合泵壓力和真空連續(xù)控制系統(tǒng)，使用龍格庫塔法和MATLAB仿真工具對代數(shù)差分方程組求解。此外，通過對基于混合泵真空壓力連續(xù)控制系統(tǒng)特征的分析和研究，仿真模擬參數(shù)如下表。表1 模擬仿真參數(shù)參量參數(shù)值混合泵極限壓力 200混合泵極限真空度 100封閉室體積 空氣溫度 293氣體常數(shù) 氣體絕熱指數(shù) 量系數(shù) 閥芯位移比例系數(shù) 閥的公稱直徑 d/m0．006圓周率混合泵公稱位移 模擬結(jié)果表明，封閉室和混合泵極限真空度等系統(tǒng)參數(shù)，顯著影響著系統(tǒng)的性能。圖5表明，當(dāng)其他的系統(tǒng)參數(shù)是常數(shù)，封閉室體積較大的系統(tǒng)響應(yīng)慢。圖6表明，混合泵的真空性能參數(shù)也將影響系統(tǒng)的性能。當(dāng)混合泵的公稱位移較大和極限真空度較小時，系統(tǒng)的響應(yīng)速度更快。在圖5和圖6表示中清楚地表明，各種絕對壓力變得緩慢時，封閉室中的絕對壓力變小?？梢赃@樣解釋，當(dāng)封閉室絕對壓力接近極限壓力時，混合泵公稱位移迅速變小。顯然，當(dāng)該系統(tǒng)采用較大公稱位移和較小極限真空度的混合泵時，系統(tǒng)表現(xiàn)出快速響應(yīng)。，追蹤期望信號，追查方波在圖7所示 ，跟蹤上升信號而不是下降信號時，系統(tǒng)的反應(yīng)明顯快。在壓力工作模式下，在封閉室內(nèi)壓力和混合泵的極限壓力之間較大的差額，使得膨脹快速和當(dāng)追蹤上升信號時系統(tǒng)反應(yīng)能力迅速。在真空工作模式中，當(dāng)系統(tǒng)工作點接近混合泵的極限真空度時，混合泵真空位移是小的。而當(dāng)追蹤下降信號時，系統(tǒng)響應(yīng)是緩慢的。在圖8 ，良好的波紋出現(xiàn)在曲線上升段，是因為在封閉室內(nèi)壓力和混合泵的極限壓力之間較大的差額使得流速達到聲速，且通脹速度過高。比較 圖8a與圖8b，其表明混合泵的極限壓力越大，波紋表現(xiàn)就更為明顯。在同一時間內(nèi)，仿真結(jié)果表明，混合泵極限壓力對系統(tǒng)的性能有很大的作用。混合泵極限壓力過大，可能會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此，當(dāng)選擇混合泵時，應(yīng)考慮系統(tǒng)的整體性能。要保障壓力的通脹率，混合泵的極限壓力應(yīng)盡可能小。4 實驗調(diào)查圖9 PID模糊控制器原理示意圖由于真空泵基礎(chǔ)上的真空壓力連續(xù)控制系統(tǒng)是強非線性，并且根據(jù)系統(tǒng)上述模擬調(diào)查，系統(tǒng)參數(shù)和工作點會影響系統(tǒng)的性能。為了使真空壓力連續(xù)控制系統(tǒng)高精度，快速響應(yīng)，系統(tǒng)引入了如圖9所示的PID模糊控制器[6]。在文獻[7]中已經(jīng)證明的研究結(jié)果表明，該真空壓力連續(xù)控制系統(tǒng)采用PID模糊控制器后表現(xiàn)出響應(yīng)快速。較小的過沖和很好的強度。當(dāng)錯誤很小和接近零點位置時。PID控制器減少系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，因此提高了系統(tǒng)控制的準確性。實驗期間，系統(tǒng)控制器參數(shù)對系統(tǒng)控制性能的影響做了研究。如圖10所示。此外。系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，系統(tǒng)的靜態(tài)性能和動態(tài)性能，都運用參數(shù)優(yōu)化控制器進行主要研究。實驗結(jié)果如圖1113所示。圖10所示的曲線描述了PID模糊控制器開關(guān)閾值（ e 0）對系統(tǒng)控制性能的影響。模糊性和PID控制器之間的開關(guān)閾值是PID模糊控制器的一個重要的參數(shù)。研究結(jié)果表明，越大的PID模糊控制器開關(guān)閾值，PID就會控制更小誤差范圍。同時，系統(tǒng)過沖變大，響應(yīng)時間變長。當(dāng)控制器開關(guān)閾值很小，系統(tǒng)響應(yīng)曲線就在開關(guān)閾值附近上下振蕩。同時，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變?nèi)?，PID控制器參數(shù)很難調(diào)整。因此，開關(guān)閾值被系統(tǒng)控制器優(yōu)化時，響應(yīng)時間和系統(tǒng)的穩(wěn)定性應(yīng)予同步考慮。圖11所示的實驗曲線表明，在封閉室不同的壓力情況下，系統(tǒng)響應(yīng)具有不同的階躍信號。圖12所示的響應(yīng)曲線是系統(tǒng)的方波曲線。當(dāng)系統(tǒng)顯示方波時，上升曲線曲折，下降響應(yīng)曲線平滑。上述模擬和研究實驗結(jié)果證明，該理論模型是可靠和準確的。 實驗結(jié)果表明，采用了PID模糊控制器的系統(tǒng)，在各種系統(tǒng)參數(shù)和工作點具有快速響應(yīng)和良好的適應(yīng)性。該系統(tǒng)還具有良好的強度和高的精度，滿足系統(tǒng)高精度、快響應(yīng)需求。當(dāng)系統(tǒng)顯示階躍信號時，該系統(tǒng)在不同的工作點具有令人滿意的速度和大致相同的控制效果。當(dāng)封閉室絕對壓力從100降至20時，靜態(tài)誤差小于30。圖13所示系統(tǒng)響應(yīng)的正弦曲線，該系統(tǒng)采用PID模糊控制器具有可取的追蹤性。當(dāng)系統(tǒng)顯示正弦偕波信號（）時， ％。5 結(jié)論與基于壓縮機和真空泵的真空壓力連續(xù)控制系統(tǒng)比較，基于混合泵真空壓力連續(xù)控制系統(tǒng)靜態(tài)響應(yīng)慢，具有更好的跟蹤性能．這個慢的靜態(tài)響應(yīng)性能與混合泵真空性能參數(shù)有很大的關(guān)系。研究結(jié)果表明，基于混合泵真空壓力連續(xù)控制系統(tǒng)是可行的。該PID模糊控制器對于基于混合泵的真空壓力連續(xù)控制系統(tǒng)也有表現(xiàn)．由此可以知道，壓力和真空度的是在高精度和快響應(yīng)的狀態(tài)下進行的。 基于混合泵的真空壓力連續(xù)控制系統(tǒng)是強非線性系統(tǒng)，僅僅以壓縮機和真空泵為基礎(chǔ)。故而，多樣的系統(tǒng)參數(shù)和工作點對系統(tǒng)性能具有很大的影響是可以理解的。 最后，基于混合泵的真空壓力連續(xù)控制系統(tǒng)仿真結(jié)果與實驗研究成果，證明了數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)是可靠和準確的。參考文獻[1] 崔寶建．HJ300壓力控制器研究[ j ]．測量技術(shù)，2006，6：25－26．（中文） [2] 李寶仁．張青賢．杜景民．基于模糊控制的真空伺服控制系統(tǒng)研究[ j ]．華中科技大學(xué)學(xué)報，1999，27 （11：65－67 （中文） [3] 朱玉泉．張青賢．杜景民．連續(xù)控制真空密封的研究[中]，第3次國際研討會，流體傳動及控制．1999．中國哈爾濱．1999:500－503 [4] 李縉云，傅小云，杜景民．基于真空壓力伺服控制系統(tǒng)的真空泵研究[ j ]．中國機械工程學(xué)報， 2005，41（11）：53－57．（中文） [5] ROTH A：真空技術(shù)[米] 。北荷蘭出版公司： 1982[6] 李墉．模糊控制和智能控制論[米] ．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 1998 （中文） [7] 李縉云，杜景民，傅小云．真空壓力伺服控制真空泵系統(tǒng)的研究[中]．ISFP第六屆國際會議，流體傳動及控制， 2005，中國杭州．2005:368－372