[发明专利]一种基于自适应PID方法的飞机全静压测试系统及方法

摘要

本发明涉及一种基于自适应PID方法的飞机全静压测试系统及方法。电源开始供电；进行自检；正确，指令进入解析环节；不正确，指令重新进行输入；控制核心模块对指令进行转换和解析；执行指令；是否出发了急停指令？是，则结束此次程序；否，开始采集传感器Ⅱ和传感器Ⅳ的气压值；持续采集的传感器Ⅱ和传感器Ⅳ数值；控制核心模块检查是否达到目标值？是则结束；否则重新执行指令。通过以上方法，系统可以按照操作人员的设置，为飞机提供精确可靠的气压源，能够根据测试过程中的不同要求实时进行响应，能在突发的意外情况下，如气压接头脱落，保护飞机系统，能够按照飞机手册中的要求完成飞机手册中规定的测试任务。

主权项

一种基于自适应PID方法的飞机全静压测试系统，其特征在于：包括控制核心模块、电源、隔离电源模块、光耦隔离器、485总线模块、继电器模块、信号变送器Ⅰ、信号变送器Ⅱ、比例阀模块Ⅰ、比例阀模块Ⅱ、人机交互界面模块、传感器Ⅰ、传感器Ⅱ、传感器Ⅲ、传感器Ⅳ、电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅲ、电磁阀Ⅳ、电磁阀Ⅴ、真空泵及压缩机，所述电源一路通过隔离电源模块分别与控制核心模块、人机交互界面模块连接，另一路分别与真空泵及压缩机连接，所述控制核心模块分别与人机交互界面模块、光耦隔离器、485总线模块连接，所述光耦隔离器分别与继电器模块、信号变送器Ⅰ、信号变送器Ⅱ连接，所述继电器模块分别与电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅲ、电磁阀Ⅳ、电磁阀Ⅴ、真空泵及压缩机连接，所述信号变送器Ⅰ分别与比例阀模块Ⅰ、比例阀模块Ⅱ连接，所述信号变送器Ⅱ分别与传感器Ⅰ、传感器Ⅱ、传感器Ⅲ、传感器Ⅳ连接，所述485总线模块分别与计算机接口、数据存储接口、保压实验程序升级接口、气压产生波形接口、无线传输接口连接；所述的控制核心模块包括单片机、电源隔离电路、接口及外围电路；所述的485总线模块包括485总线芯片、光耦隔离电路、瞬变电压抑制电路；所述的继电器模块包括大电流继电器、光耦隔离电路、电平变换电路；气压传感器模块包括传感器及其接口；传感器包括传感器Ⅰ、传感器Ⅱ、传感器Ⅲ、传感器Ⅳ，传感器的接口分别为IIC总线和RS232总线接口；所述的人机交互界面模块包括工业级HMI触摸屏及其配套电路，配套电路包括触摸反馈电路、控制核心电路；所述的电源包括5V电源模块、24V电源模块和28V电源模块；所述的比例阀模块包括高频电磁针阀、传感器电路、驱动电路；气泵及气路模块包括真空泵、压缩机、电磁阀、排水阀、节流阀及其配套气路，电磁阀包括电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅲ、电磁阀Ⅳ、电磁阀Ⅴ；人机交互界面模块响应操作者的输入请求，并将其发送给控制核心电路，控制核心电路采集来自气压传感器模块的实时数据，并通过485总线模块控制继电器模块和比例阀模块构成闭环反馈系统，最终控制输出气压；人机交互界面模块采用迪文公司生产的8英寸高分辨率图形点阵屏幕DMT10768T080_07WT，最大分辨率1024*768，其自带电容触摸屏，通过对触控坐标编程，能够实现人机交互功能；控制核心模块采用ST公司的STM32F103VET6微控制器，选用了μC/OS‑Ⅱ嵌入式系统作为代码实现的软件平台，工作频率为72MHz；比例阀模块采用ProALA公司的WFAS1TFEE045BXL和WFAS1TFEE015BXL高频电磁针阀，其能够以±0.005％的分辨率精密地控制气体的流量；继电器模块采用SONGLE公司的SLA12VDC‑SLA，容许的最大电流达到10A，交流电压达到250V；气压传感器模块包括两种，一种是GE公司生产的RPT350智能振筒式压力传感器，其精度达到±0.02％，每年的测量稳定性漂移不超过±0.015％；一种是MEMA公司生产的MS4525DO‑DS3O015AP和MS4525DO‑DS3O045AP硅压阻式传感器，其响应时间小于1ms，能够对气压进行快速测量；485总线芯片采用MAXIM公司生产的MAX13487EESA半双工自动流控RS485总线芯片，可工作于‑40℃至+85℃温度范围，传输速率能够达到2Mbps；真空泵采用飞越冷媒生产的Vi120SV真空泵，最低气压能够达到2kPa；压缩机采用新为诚公司生产的TC‑20系列压缩机，其最高气压能够达到400kPa；电磁阀采用STNC公司生产的VT307‑08高精度仪表阀，能够进行气路通断的控制；系统控制包括：(a)反馈环节：采用闭环反馈系统的结构，传感器Ⅰ和传感器Ⅲ使用MS4525硅压阻式传感器，传感器Ⅱ和传感器Ⅳ采用GERPT350振筒式气压传感器，实时、自动地采集当前的气压值，将上述传感器分别以IIC和RS232总线的方式接入STM32微控制器，当微控制器识别到传感器接入后，即可开始采集数据；(b)控制算法：在微控制器中，以软件的方法设计PID控制算法，通过自适应PID方法，实时计算PID的比例环节、微分环节、积分环节的参数，控制算法的输出经过RS485总线模块，接入比例阀驱动装置，驱动比例阀模块内部的高频电磁针阀对压力进行调节；(c)执行机构：驱动装置将控制指令转换为4～20mA的标准信号，对应高频电磁针阀的等效开度为0～100％，开度不同时，气体流量大小不同，在驱动装置中，对指令进行堆栈设计，剔除错误的指令，保留正确的指令，带动高频电磁针阀进行移动；气路连接为：比例阀模块Ⅰ的1口采用气路硅胶管依次通过电磁阀Ⅰ、排水罐与真空泵连接，排水罐通过气路硅胶管与排水阀连接，比例阀模块Ⅰ的2口采用气路硅胶管依次通过传感器Ⅰ、传感器Ⅱ、气压缓冲罐Ⅰ与Ps输出接头连接；压缩机通过气路硅胶管与节流阀的一端连接，节流阀的另一端一路通过电磁阀Ⅱ与比例阀模块Ⅰ的3口连接，另一路依次通过电磁阀Ⅳ、比例阀模块Ⅱ的3口和1口、电磁阀Ⅲ与排水罐和电磁阀Ⅰ之间的气路硅胶管连接，比例阀模块Ⅱ的2口依次通过传感器Ⅲ、传感器Ⅳ、电磁阀Ⅴ、气压缓冲罐Ⅱ与Pt输出接头连接。