本發(fā)明涉及生物工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種配液層析系統(tǒng)中的流量校正方法。

背景技術(shù)：

層析(chromatography)是“色層分析”的簡稱。利用各組分物理性質(zhì)的不同，將多組分混合物進(jìn)行分離及測定的方法。有吸附層析、分配層析兩種。一般用于有機(jī)化合物、金屬離子、氨基酸等的分析。層析利用物質(zhì)在固定相與流動(dòng)相之間不同的分配比例，達(dá)到分離目的的技術(shù)。層析對生物大分子如蛋白質(zhì)和核酸等復(fù)雜的有機(jī)物的混合物的分離分析有極高的分辨力。

傳統(tǒng)pid算法在配液層析系統(tǒng)流量校正中不是一次調(diào)整永久穩(wěn)定，會(huì)受物理環(huán)境影響及機(jī)體工況的變化而變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于上述技術(shù)問題，本發(fā)明披露了一種配液層析系統(tǒng)中的流量校正方法，采用五點(diǎn)差和控制算法，可以實(shí)現(xiàn)永久穩(wěn)定調(diào)節(jié)流量。

本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

一種配液層析系統(tǒng)中的流量校正方法，采用五點(diǎn)差和算法，使用模擬量模塊在系統(tǒng)中每隔時(shí)間t提取一個(gè)流量值，共提取五個(gè)流量值分別設(shè)置為x1、x2、x3、x4、x5，使用下列公式：y1＝x2—x1、y2＝x3—x2、y3＝x4—x3、y4＝x5—x4，計(jì)算出前后兩個(gè)數(shù)值差設(shè)定為y1、y2、y3、y4再對y1、y2、y3、y4進(jìn)行求和z＝y(tǒng)1+y2+y3+y4，設(shè)定σ＝目標(biāo)流量(fo)/100，當(dāng)五點(diǎn)差和結(jié)果z在±3σ范圍內(nèi)，開始介入穩(wěn)定性校正，當(dāng)在±1σ范圍內(nèi)，穩(wěn)定性和精確度達(dá)到目標(biāo)設(shè)定要求，校正結(jié)束，等待下一次自動(dòng)校正控制信號給入。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，上述介入穩(wěn)定性校正采用pid控制部分算法概念，具體算法如下：

或

其中，ui表示第i次控制器的輸出；kp表示比例系數(shù)；ki表示積分系數(shù)；kd表示微分系數(shù)；ei表示第i次采樣時(shí)的反饋值與給定值的誤差ei＝ci-ri；ts表示采樣周期；ti表示積分時(shí)間常數(shù)；td表示微分時(shí)間常數(shù)。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，上述間隔時(shí)間t＝0.01s。

本發(fā)明的有益效果：采用本發(fā)明披露的校正方法具有單次調(diào)整的時(shí)間短、單次調(diào)整設(shè)定的參數(shù)一次調(diào)整好，永久有效和單次調(diào)整的穩(wěn)定性好等好處。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的五點(diǎn)差和算法示意圖。

圖2是本發(fā)明的pid控制框圖。

具體實(shí)施方式

為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不對本發(fā)明的保護(hù)范圍構(gòu)成限定。

實(shí)施例：如圖1所示，一種配液層析系統(tǒng)中的流量校正方法，采用五點(diǎn)差和算法，使用模擬量模塊在系統(tǒng)中每隔時(shí)間t提取一個(gè)流量值，共提取五個(gè)流量值分別設(shè)置為x1、x2、x3、x4、x5，使用下列公式：y1＝x2—x1、y2＝x3—x2、y3＝x4—x3、y4＝x5—x4，計(jì)算出前后兩個(gè)數(shù)值差設(shè)定為y1、y2、y3、y4再對y1、y2、y3、y4進(jìn)行求和z＝y(tǒng)1+y2+y3+y4，設(shè)定σ＝目標(biāo)流量(fo)/100，當(dāng)五點(diǎn)差和結(jié)果z在±3σ范圍內(nèi)，開始介入穩(wěn)定性校正，當(dāng)在±1σ范圍內(nèi)，穩(wěn)定性和精確度達(dá)到目標(biāo)設(shè)定要求，校正結(jié)束，等待下一次自動(dòng)校正控制信號給入。

如圖2所示，pid控制是由比例(proportional)、積分(integral)、微分(differential)構(gòu)成的線性控制器，其中kp、ki、kd分別為pid控制器參數(shù)。離散系統(tǒng)的pid控制表達(dá)式為：

也常表示為如下形式：

其中，ui表示第i次控制器的輸出；kp表示比例系數(shù)；ki表示積分系數(shù)；kd表示微分系數(shù)；ei表示第i次采樣時(shí)的反饋值與給定值的誤差ei＝ci-ri；ts表示采樣周期；ti表示積分時(shí)間常數(shù)；td表示微分時(shí)間常數(shù)。

比例環(huán)節(jié)主要影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差、響應(yīng)速度和超調(diào)量。增大比例系數(shù)可以加快響應(yīng)速度，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。但如過大會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)量，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定；過小則減小超調(diào)量，使得系統(tǒng)穩(wěn)定裕度增大，降低系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度。

積分的作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，增加積分控制可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。積分環(huán)節(jié)不斷累加誤差，能使誤差迅速消除，但積分使系統(tǒng)增加了一個(gè)位于原點(diǎn)的開環(huán)極點(diǎn)，因此相角滯后90°，使超調(diào)量變大，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。

微分作用是增加系統(tǒng)阻尼，改善響應(yīng)的平穩(wěn)性，微分環(huán)節(jié)能反應(yīng)偏差信號的變化趨勢，在偏差信號變得太大之前，引入一個(gè)有效的修正信號，提高了快速性，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，但抗干擾能力差，也容易使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。

pid控制器的參數(shù)整定的好壞是衡量pid控制器能否可靠工作的重要基礎(chǔ)。因?yàn)殡m然pid控制器能夠?qū)^大多數(shù)控制系統(tǒng)進(jìn)行有效控制，整定方法也比較簡單，魯棒性好，但pid參數(shù)不合適時(shí)控制效果會(huì)受到很大影響，導(dǎo)致系統(tǒng)不能漸進(jìn)穩(wěn)定。

工程整定法在實(shí)踐中最為實(shí)用，因?yàn)橥ㄟ^理論計(jì)算整定的方法主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算得來，這些方法所得到的數(shù)據(jù)未必可以直接用，還需要通過工程實(shí)踐進(jìn)行調(diào)整和修改。工程整定法必須觀察系統(tǒng)的響應(yīng)情況，根據(jù)系統(tǒng)的響應(yīng)情況決定調(diào)整的參數(shù)，通過反復(fù)湊試pid參數(shù)，觀察系統(tǒng)響應(yīng)效果，直至出現(xiàn)滿意的響應(yīng)曲線，從而確定pid控制參數(shù)。工程整定法的整定順序一般為：先比例，再積分，最后微分。

五點(diǎn)差和與pid算法在配液層析系統(tǒng)中的應(yīng)用流量校正的實(shí)際應(yīng)用綜合比較，pid控制算法和五點(diǎn)差和控制算法存在明顯差異。具體差異如下：

pid控制算法相較于五點(diǎn)差和控制算法，會(huì)出現(xiàn)調(diào)整流量過沖；

pid控制算法相較于五點(diǎn)差和控制算法，調(diào)整時(shí)間長，且pid控制算法是五點(diǎn)差和控制算法調(diào)整時(shí)間的10倍甚至是40倍以上的關(guān)系；

pid控制算法相較于五點(diǎn)差和控制算法，流量波動(dòng)大，且pid控制算法是五點(diǎn)差和控制算法流量波動(dòng)的2倍；

pid控制算法相較于五點(diǎn)差和控制算法，長效穩(wěn)定性差，調(diào)節(jié)過程繁瑣，受物理環(huán)境及機(jī)體工況影響大。

在生物層析應(yīng)用場合，出現(xiàn)過沖是絕對不允許的。過沖會(huì)使樣品被提前洗脫出來，收集到的樣品不便分析，最終可能導(dǎo)致產(chǎn)率為零；過沖會(huì)導(dǎo)致配置溶液比例誤差增加；pid控制算法就存在這種風(fēng)險(xiǎn)。五點(diǎn)差和控制算法就不存在這樣的問題；pid控制算法調(diào)整時(shí)間長，會(huì)導(dǎo)致大量的溶劑損失，增加單次實(shí)驗(yàn)成本。相較與pid控制算法，五點(diǎn)差和控制算法就優(yōu)秀的多，實(shí)驗(yàn)過程中損失溶劑量可忽略不計(jì)；pid控制算法相較與五點(diǎn)差和控制算法，調(diào)整脈動(dòng)大，如果此時(shí)進(jìn)柱子，柱內(nèi)填料將會(huì)出現(xiàn)凹坑的現(xiàn)象，導(dǎo)致柱效降低，圖譜拖尾等。而五點(diǎn)差和控制算法則在這方面，遠(yuǎn)優(yōu)與pid控制算法；pid控制算法相較于五點(diǎn)差和控制算法在在配液層析系統(tǒng)中流量校正的實(shí)際應(yīng)用比較結(jié)果是五點(diǎn)差和控制算法更優(yōu)于pid控制算法。

總之，控制規(guī)律的選用要根據(jù)過程特性和工藝要求來選取，決不是說pid控制算法在任何情況下都具有較好的控制性能，不分場合，不分應(yīng)用領(lǐng)域都采用是不恰當(dāng)?shù)?。如果這樣做，只會(huì)給其它工作增加復(fù)雜性，并給參數(shù)整定帶來困難。當(dāng)采用pid控制還達(dá)不到工藝要求，則需要考慮其它的控制方案。比如在在配液層析系統(tǒng)中流量校正的實(shí)際應(yīng)用更優(yōu)于pid控制算法的五點(diǎn)差和控制算法。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。