[发明专利]一种带反馈检测的自动喷雾控制系统以及控制方法

权利要求书

1.一种带反馈检测的自动喷雾控制系统，其包括：

空压机，所述空压机为控制系统提供气源动力；

水泵，所述水泵为所述控制系统提供水源动力；

喷雾调节控制电路，所述喷雾调节控制电路中包括控气电磁阀和控水电 磁阀，所述控气电磁阀设置在与所述空压机出气口连接的进气管上，所述控 水电磁阀设置在与所述水泵出水口连接的进水管上，所述进气管和进水管均 连接至谐振腔的一端，所述谐振腔的另一端设有若干喷嘴；由所述空压机中 出来的气流经过所述进气管加速后，延伸至所述谐振腔形成冲击波，冲击由 所述进水管中喷出的水流形成微水滴，微水滴在所述谐振腔中经冲击波粉碎 成干雾，干雾经所述喷嘴发散到含尘环境中与可吸入粉尘颗粒作用；

控制器，所述控制器设置在每个所述喷嘴与所述喷雾调节控制电路之间， 所述控制器用于控制所述喷雾调控电路对所述喷嘴喷出干雾的调节；

其特征在于，还包括：

用于检测干雾质量的激光发射装置和激光接收装置，所述激光发射装置 发射激光，激光通过干雾粒子场后被散射，被散射后的激光的能量通过所述 激光接收装置接收；

若干个光电探测器，所述光电探测器测得被散射的激光能量的分布，然 后送入A/D转换器，经所述A/D转换器转换后获得用于表示干雾质量的电信 号；

主控制器，所述主控制器控制所述空压机、水泵、控制器，所述主控制 器采集来自所述激光发射装置、激光接收装置以及所述A/D转换器转换后的 干雾质量反馈信号，以调整干雾质量为控制目标的PID闭环预测控制，根据 所述A/D转换器信号量改变所述控气电磁阀和控水电磁阀的开度，再根据改 变后信号量的变化率得到修正值修正目标，同时，所述主控制器根据所述空 压机上的气压传感器和所述水泵上液压传感器检测值，利用PID控制算法加 以修正来精确控制；通过调节所述控气电磁阀和控水电磁阀的开度来调节气 流的流量大小，来改变所述谐振腔中气和水的振荡频率，改变产生水雾的浓 度；

显示操作界面，所述显示操作界面为触摸屏，所述显示操作界面通过第 一通讯模块与所述主控制器连接；

远程通讯模块，所述远程通讯模块与所述主控制器连接，通过所述远程 通讯模块实现所述控制系统的远程通讯；

电源电路，所述电源电路与所述主控制器连接，所述电源电路为所述控 制系统提供电源。

2.根据权利要求1所述的带反馈检测的自动喷雾控制系统，其特征在于， 所述光电探测器为光电二极管矩阵。

3.根据权利要求1所述的带反馈检测的自动喷雾控制系统，其特征在于， 所述激光接收装置为接收透镜。

4.根据权利要求1所述的带反馈检测的自动喷雾控制系统，其特征在于， 所述喷嘴的数量为12-16个。

5.根据权利要求1所述的带反馈检测的自动喷雾控制系统，其特征在于， 所述第一通讯模块与远程通讯模块均为RS422通讯模块。

6.一种控制方法，其基于权利要求1-5任意一项中所述的带反馈检测的 自动喷雾控制系统，其特征在于，所述主控制器为单片机，所述主控制器一 方面以调整干雾质量为控制目标的PID闭环预测控制，根据所述A/D转换器信 号量改变所述控气电磁阀和控水电磁阀开度，再根据改变后信号量的变化率得 到修正值修正目标；另一方面，所述主控制器根据所述气压传感器和液压传 感器检测值，利用PID控制算法加以修正，以精确控制；

其中，多回路串级PID控制方法包括以下步骤：

步骤一、设定所述主控制器的雾滴品质参数预设值Y1和PID参数，设定 所述控气电磁阀和控水电磁阀的PID参数；

其中，雾滴品质参数预设值Y1可以直接在主控制器上设定；

主控制器的PID参数包括气流比例系数K_pg、气流积分系数K_ig、气流微分 系数K_dg和水流比例系数K_pw、水流积分系数K_iw、水流微分系数K_dw,控气电磁阀 的PID参数包括比例系数K_p2、积分系数K_i2，控水电磁阀的PID参数包括比例 系数K_p3、积分系数K_i3；

三个PID的比例系数中，主控制器的K_pg、K_pw值较大，有利于提高系统抑 制一次扰动的能力，积分系数K_ig、K_iw用于减少稳态误差，微分系数K_dg、K_dw用于提高系统反应灵敏度；而K_p2、K_p3相对较小，加入K_i2和K_i3便于压力控制 系统调节；

在干雾产生过程中，进气管的气压值与进水管的水压值之间的最佳压差 为0.1MPa，因此除各PID参数外，还需设定水压值对气压值的依赖系数K_e；

步骤二、设定空压机的初始功率和电磁阀的初始电压，使空压机和电磁 阀工作，产生干雾；空压机的初始功率和电磁阀的初始电压可以直接在控气 电磁阀和控水电磁阀上设定，也可以由控气电磁阀和控水电磁阀通过无线通 信模块从后端监控服务器中读取；

步骤三、第一光电探测器采集雾滴品质参数信息y₁，主控制器接收y₁并 将y₁与Y₁进行比较：

若y₁达到Y₁，则等待给定时间后重复步骤三；

若y₁未达到Y₁，则主控制器输出给定气压值和给定水压值；

给定气压值和给定水压值的计算方法为：

先根据式(1)分别计算给定水压值增量和给定气压值增量：

ΔP(k)＝K_p·Δe(k)+K_i·e(k)+K_d·[Δe(k)-Δe(k-1)](1)

其中，e(k)＝|y₁(k)-Y₁|，k表示当前调节时刻，k-1表示上一调节时刻；

并且，计算给定气压值增量时式中K_p取K_pg，K_i取K_ig，K_d取K_dg；计算给定 水压值增量时所述K_p取K_pw，K_i取K_iw，K_d取K_dg；

再根据给定水压值增量计算给定气压值P_g：

P_g(k)＝P_g(k-1)+ΔP_g(k)(2)

最后根据给定水压值增量和给定气压值P_g计算给定水压值P_w：

P_w(k)＝P_w(k-1)+ΔP_w(k)+K_y·P_g(3)

步骤四、控气电磁阀读取第二光电探测器检测到的气压值p_g、接收主控 制器输出的给定气压值P_g，并将气压值p_g与给定气压值P_g进行比较，输出气 压值增量e_g：

e_g(k)＝|p_g(k)-P_g|(4)

并根据该气压值增量e_g计算空压机的功率增量Δd(k)：

Δd(k)＝K_p2·Δe_g(k)+K_i2·e_g(k)(5)

再根据功率增量Δd(k)调节空压机的功率d：

d(k)＝d(k-1)+Δd(k)(6)

同时，控水电磁阀读取第三光电探测器检测到的水压值p_w、接收主控制 器输出的给定水压值P_w，并将该水压值p_w与给定水压值P_w进行比较，输出水 压值增量e_w：

e_w(k)＝|p_w(k)-P_w|(7)

并根据该水压值增量e_w计算电磁阀的电压增量Δu(k)：

Δu(k)＝K_p3ΔΔe_w(k)+K_i3·e_w(k)(8)

再根据电压增量Δu(k)计算电磁阀的工作电压u，以调节电磁阀的开度：

u(k)＝u(k-1)+Δu(k)(9)

步骤五、重复步骤三-步骤四。