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(shù)領(lǐng)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(diào)節(jié))控制器。
背景技術(shù)：
在工業(yè)生產(chǎn)中，為實現(xiàn)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(huán)控制方式來實現(xiàn)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量控制。無論使用模擬控制器的模 擬控制系統(tǒng)，還是使用計算機(jī)(包括PLC)的數(shù)字控制系統(tǒng)，PID(比例-積分-微分控制器) 控制都得到了廣泛的應(yīng)用，當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué) 模型時，控制理論的其它技術(shù)又難以采用時，最適合使用的是PID控制技術(shù)。目前，M00G， AT0S等液壓元件生產(chǎn)公司均有相應(yīng)的PID控制產(chǎn)品，但其生產(chǎn)的PID控制產(chǎn)品大多為通用 型，采用其自產(chǎn)配套使用的伺服閥和伺服油缸來進(jìn)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(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，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(shù)方案是一種控制輪胎徑向載荷的PID控制器，包括設(shè) 定單元，設(shè)定檢測系統(tǒng)參數(shù)值；比較單元，對輸入信號和反饋信號進(jìn)行比較；PID單元，對控 制參量進(jìn)行控制，實現(xiàn)輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系；合成控制單元，對控制量進(jìn)行合成 和/或疊加振顫信號；反饋單元，用來將被測物的狀態(tài)信號反饋給比較單元；輸出單元，控 制伺服閥運(yùn)動，控制伺服系統(tǒng)啟動或停止；顯示單元，顯示檢測系統(tǒng)的工作狀態(tài)；所述的設(shè) 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(shè)定單元設(shè)置有，撥碼開關(guān)、調(diào)整電位器和功能選擇器；所述的反饋單元設(shè)置有 通用負(fù)荷電橋傳感器；所述的顯示單元設(shè)置有數(shù)碼管和指示燈顯示區(qū)域。 所述的負(fù)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(shè)置有保護(hù)裝置及安全控制裝置。 本實用新型的有益效果是結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，檢測過程易于實現(xiàn)，參數(shù)調(diào)整方便，提 高了檢測精度，具有控制過程的穩(wěn)定性、無靜差性、自適應(yīng)控制的特點(diǎn)，提高了輪胎徑向載 荷檢測的動態(tài)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(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)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(shè)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(xiàn)閉環(huán)控制，包括設(shè)定單元，設(shè)定檢測系統(tǒng)參數(shù)值；比較單元，對輸入信號和反饋信號進(jìn) 行比較；PID單元，對控制參量進(jìn)行控制，實現(xiàn)輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系；合成控制 單元，對控制量進(jìn)行合成和/或疊加振顫信號；反饋單元，用來將被測物的狀態(tài)信號反饋給 比較單元；輸出單元，控制伺服閥運(yùn)動，控制伺服系統(tǒng)啟動或停止；顯示單元，顯示檢測系 統(tǒng)的工作狀態(tài)；所述的設(shè)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(shè)定單元設(shè)置有，撥碼開關(guān)、調(diào)整電位器和功能選擇 器；所述的反饋單元設(shè)置有通用負(fù)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(shè)置有數(shù)碼管和指示燈顯示區(qū)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(shè)置有保護(hù)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(fù)載的階躍式變化，整個控制系統(tǒng)參數(shù)的不斷變化，將本實用新型的PID 參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)后，形成PID控制調(diào)節(jié)，通過PID參數(shù)調(diào)節(jié)，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(tǒng)負(fù)載變化后整體參數(shù)變化對系統(tǒng)控制的影響，從而有效改 善了系統(tǒng)的動態(tài)特性，明顯提高動態(tài)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(jù)參考輸入和反饋信號，計算實 際施加載荷和設(shè)定載荷之間的偏差以及當(dāng)前的偏差變化速度，在推理器中借助經(jīng)驗進(jìn)行推 理，推理器輸出PID控制器的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，把它們作為當(dāng)前控制器的參 考進(jìn)行PID控制，由于每一次控制時，控制器的參數(shù)都是根據(jù)具體控制情況進(jìn)行實時修正 的，因而，能夠達(dá)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(diào)節(jié)、信號轉(zhuǎn)換輸出均設(shè)置在一個控制板 上，改變了傳統(tǒng)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(dá)到便于安裝和調(diào) 試的要求。本PID控制器接收載荷設(shè)定電壓、載荷傳感器反饋信號，在控制板內(nèi)將反饋信號 放大為0 10V電壓信號，并與設(shè)定信號進(jìn)行比較，差值經(jīng)PID調(diào)節(jié)以及信號轉(zhuǎn)換輸出電流 控制伺服閥，由伺服閥控制油缸運(yùn)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(shè)定一致。通過調(diào)節(jié)載荷信號反饋增益K，可以對實際施加的力進(jìn)行校準(zhǔn)。 控制器的顯示部分，根據(jù)撥碼開關(guān)所選擇的位置，實時的顯示選擇擋位的數(shù)據(jù)量 化值。指示燈區(qū)域的LD1為電源-E， LD2為電源+E， LD3為誤差信號負(fù)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(jīng)過電位器調(diào)節(jié)實現(xiàn)線性匹配，通過撥碼 開關(guān)SW7. 3實現(xiàn)數(shù)碼管顯示。對于設(shè)定信號能夠進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)節(jié)，消除設(shè)定電壓信號的衰減， 提高設(shè)定精度。經(jīng)過濾波、補(bǔ)償后的信號輸入到比較器。 設(shè)定單元中的撥碼開關(guān)部分，決定數(shù)碼管表頭顯示部分的內(nèi)容，撥碼開關(guān)部分共 設(shè)置SW1 10十個撥碼開關(guān)。并且，任意時刻最多只能有一位處于ON擋位。其中，SW1內(nèi) 設(shè)定，SW2誤差值，SW3外設(shè)定，SW4誤差放大合成值，SW5閥電流值，S怖負(fù)積分禁止設(shè)定值， SW7正積分禁止設(shè)定值，SW8載荷反饋，SW9內(nèi)部輸出值，SW10內(nèi)部匹配放大器輸出。 調(diào)整電位器部分，共設(shè)置W1、2、3、5 12十二個調(diào)整電位。通過聯(lián)調(diào)的調(diào)整方式， 使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后消除穩(wěn)態(tài)誤差，避免了被控量超調(diào)，使整個區(qū)間均能滿足測試要求。其 中，Wl為設(shè)定匹配器傳遞系數(shù)調(diào)節(jié)，W2為調(diào)整傳感器的反饋增益，W3為調(diào)整傳感器反饋的 零點(diǎn)，W5為調(diào)整屏幕顯示的增益，怖為調(diào)整屏幕顯示的零點(diǎn)，W7為負(fù)告警門限電平調(diào)節(jié)，W8 為正告警門限電平調(diào)節(jié)，W9為積分器輸出電平調(diào)節(jié)，W10為微分器輸出電平調(diào)節(jié)，Wll為勵 振電平調(diào)節(jié)，W12為勵振頻率調(diào)節(jié)，W13為閥電流顯示放大器增益調(diào)節(jié)。 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(jù)系統(tǒng) 的誤差，利用比例、積分、微分計算，對控制量進(jìn)行控制選擇，實現(xiàn)控制器的輸出與輸入誤差 信號成比例關(guān)系，改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。JP為P放大器增益選擇，JI為I放 大器增益選擇與調(diào)整，JD為D放大器增益選擇與調(diào)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(xiàn)設(shè)定輸入、傳感器輸出、試驗載荷輸出、伺服系統(tǒng) 驅(qū)動、連接電源和數(shù)字表頭顯示等作用。其中，Xl-4為設(shè)定量輸入(+)，Xl-5為設(shè)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(qū)動使能輸入，X4-6伺服閥驅(qū)動使能接地保護(hù)，X4-7伺服閥 驅(qū)動輸出(+) ， X4-8伺服閥驅(qū)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(shù)字表頭引線屏蔽端，CZl-2數(shù)字表頭輸入(+)，CZl-3數(shù)字表頭輸入(-)， CZ1-4數(shù)字表頭接地保護(hù)，CZ1-5數(shù)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(yùn)用通用負(fù)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(fù) 荷傳感器提供穩(wěn)定的DC10V電源。反饋電流信號經(jīng)過可調(diào)的增益、零點(diǎn)放大到與設(shè)定匹配 的電壓信號。放大后的電壓信號亦能夠進(jìn)行零點(diǎn)、線性調(diào)節(jié)輸出到PLC進(jìn)行顯示、打印。同 時，反饋信號傳遞到比較器與設(shè)定信號進(jìn)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(shè)定單元和反饋單元傳遞來的電壓信號，經(jīng)過比較器進(jìn)行差值運(yùn)算，運(yùn)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(jù)的，因此e為關(guān)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(diǎn)測量。比較器 的前端設(shè)置有調(diào)零功能，當(dāng)設(shè)定、反饋均為零時進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證比較器的輸出也是零。差值 信號也同時進(jìn)行P、 1、D處理，通過跳線與可調(diào)電位器的適配調(diào)整，可以對P、 1、D的比例系
5數(shù)、積分時間、微分時間等進(jìn)行設(shè)置和調(diào)節(jié)。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(tǒng)是PD控制系統(tǒng)，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(tǒng)為PI控制系統(tǒng)。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(shè)置為負(fù)，即進(jìn)行負(fù)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(tǒng)中，諧振頻率、振顫幅度都是可以調(diào)節(jié)的，以 適應(yīng)不同規(guī)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(jìn)行零點(diǎn)調(diào)節(jié)，消除諧振合成器的輸出誤差。為了適應(yīng)不同伺服閥的零點(diǎn)偏移特 性，伺服閥輸出電流方向也是可以調(diào)整的，通過電流跳線和接線方向的調(diào)整，使閥漂移方向 為負(fù)。 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(jīng)電壓/電流轉(zhuǎn)換即可以控制伺服閥運(yùn)動，通過外部觸點(diǎn)控制伺服系統(tǒng)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(jī)的控制系統(tǒng) 后，使得該系統(tǒng)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(dá)±1% P. S.以內(nèi)，使系統(tǒng)的控制精度得到很大的提高，而且，從 起始檢測到穩(wěn)定工作狀態(tài)的過渡時間大大縮短，在15秒以內(nèi)就測試系統(tǒng)就可達(dá)到穩(wěn)定工 作狀態(tài)。在應(yīng)用于大慣性、非線性、大滯后性、強(qiáng)干擾的輪胎里程試驗機(jī)的控制系統(tǒng)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(hù)范圍并不局限于上述具體實例方式，根據(jù)本實 用新型的基本技術(shù)構(gòu)思，也可用基本相同的結(jié)構(gòu)對所述反饋電路和控制電路進(jìn)行改進(jìn)。只 要本領(lǐng)域普通技術(shù)人員無需經(jīng)過創(chuàng)造性勞動，即可聯(lián)想到的實施方式，均屬于本實用新型 的保護(hù)范圍。
權(quán)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(shè)定單元，設(shè)定檢測系統(tǒng)參數(shù)值；比較單元，對輸入信號和反饋信號進(jìn)行比較；PID單元，對控制參量進(jìn)行控制，實現(xiàn)輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系；合成控制單元，對控制量進(jìn)行合成和/或疊加振顫信號；反饋單元，用來將被測物的狀態(tài)信號反饋給比較單元；輸出單元，控制伺服閥運(yùn)動，控制伺服系統(tǒng)啟動或停止；顯示單元，顯示檢測系統(tǒng)的工作狀態(tài)；所述的設(shè)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(shè)定單元設(shè)置有，撥碼開關(guān)、調(diào)整電位器和功能選擇器；所述的反饋單元設(shè)置有通用負(fù)荷電橋傳感器；所述的顯示單元設(shè)置有數(shù)碼管和指示燈顯示區(qū)域。
2. 根據(jù)權(quán)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(fù)荷電 橋傳感器，采用2或3mV/V的電橋傳感器。
3. 根據(jù)權(quán)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(shè)置有保護(hù)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(shè)計的輪胎徑向載荷的PID控制器，用于輪胎里程試驗中實現(xiàn)閉環(huán)控制，包括設(shè)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(shè)定單元設(shè)置有，撥碼開關(guān)、調(diào)整電位器和功能選擇器；反饋單元設(shè)置有通用負(fù)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(shè)置有保護(hù)及安全控制裝置。本實用新型的有益效果是結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，檢測過程易于實現(xiàn)，參數(shù)調(diào)整方便，提高了檢測精度，具有控制過程的穩(wěn)定性、無靜差性、自適應(yīng)控制的特點(diǎn)，提高了輪胎徑向載荷檢測的動態(tài)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(yōu)先權(quán)日2009年7月21日
發(fā)明者顧正 申請人:天津久榮車輪技術(shù)有限公司