基于PWM和PCM技术的快速流量控制阀组及控制方法技术

本发明专利技术涉及基于PWM和PCM技术的快速流量控制阀组，主管路内设有多个并行的节流管路，每个节流管路上均设置与可编程逻辑控制器连接的比例开关阀。其控制方法包括以下步骤：设定各节流管路的比例开关阀开口面积按节流管路顺时针依次增加一倍；可编程逻辑控制器将主管路节流设定值转换为二进制编码，对节流管路进行顺序优化后，将二进制编码的各位数值转换为脉冲信号控制各个节流管路设置的截止阀通断。本发明专利技术的平行节流管路以主管路轴为中心环形排列，而不再是在同一平面平行排列，消除各节流管路入口之间管阻差别；并将PWM阀门比例控制技术与传统的PCM气体力量控制技术结合，实现大流量气体的快速准确流量调节。

【技术实现步骤摘要】
基于PWM和PCM技术的快速流量控制阀组及控制方法
本专利技术涉及一种快速流量控制阀组及其控制方法，具体说是一种基于PWM和PCM技术的快速流量控制阀组及其控制方法。
技术介绍
常用的管路内气体流量调节器件为稳压阀或调节阀。前者集成了自控机制，依据设定阈值改变阀出口口径，响应速度较快，但口径较小，仅适用于小流量气体控制；后者通过外部电信号作用实现阀门开度变化，可选口径范围广，适用于大流量气体控制，但阀门响应速度慢，存在严重的死区和迟滞非线性，不适合快速控制。可见，单一阀门用于气体流量控制，存在着口径和响应速度之间的互相制约，难以达到大流量气体快速控制的目的。由于口径相当的情况下，开关阀门响应速度要比调节阀快，因此，基于开关阀门的时间脉冲和空间脉冲控制思想被引入气体流量控制问题中，代表性的技术为PWM（脉宽调制）和PCM（脉码调制），前者利用连续脉冲建立阀门开关信号的占空比，使开关阀等效出不同的口径，从而改变气体流量，这种技术虽然响应速度比单一调节阀明显改善，但响应速度依然受制于管道口径，常用高频开关阀口径不会很大；后者利用二进制编码技术，设计节流面积为2倍等比序列的节流管路组，通过控制节流管路通断，建立与二进制编码等值的十进制管路节流总面积，从而改变气体流量，该技术不仅响应速度快，而且适用的管路口径更大，可以实现大流量气体快速控制，并已在工业领域成功使用。但PCM流量控制技术依然存在一些不足：（1）节流管路口径通常不同，导致气流在各管路产生的管阻损耗存在差异，使等效节流面积非2倍等比关系；（2）节流管路中实质上存在节流板孔和开关阀两种节流器件，使实际的节流管路面积分配很难构成2倍等比关系；（3）节流板孔面积固定，使整个气体管路的最大节流面积也固定，整个装置仅适用于一种工况，再利用性差。
技术实现思路
本专利技术为解决以上不足，提出一种基于PWM和PCM技术的快速流量控制阀组及其控制方法。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：基于PWM和PCM技术的快速流量控制阀组，主管路内设有多个并行的节流管路，每个节流管路上均设置与可编程逻辑控制器连接的比例开关阀。所述节流管路以主管路的轴心为中心环形排列。所述节流管路入口内/外径相等，节流管路长度相同。所述主管路截面积不小于节流管路的截面积之和。基于PWM和PCM技术的快速流量控制阀组控制方法，包括以下步骤：设定各节流管路的比例开关阀开口面积按节流管路顺时针依次增加一倍；可编程逻辑控制器将主管路节流设定值转换为二进制编码，对节流管路进行顺序优化后，将二进制编码的各位数值转换为脉冲信号控制各个节流管路设置的截止阀通断。所述对节流管路进行顺序优化包括以下步骤：1）将二进制编码的各位数值顺时针依次对应各节流管路；2）设定一个编码为“1”的节流管路为起点；3）编码为“1”的节流管路与其在顺时针方向上相邻编码为“0”的节流管路的编码值互换；4）计算编码为“1”的节流管路中心点连线所组成的多边形重心与主管路中心点的距离D1，将D1赋值给D0；5）重复步骤3）-4），比较D1与D0；如D1小于D0，则将D1赋值D0，确认该次移动，并沿顺时针方向重复步骤3）；如D1大于等于D0，则取消该次移动，直至除起点之外编码为“1”的节流管路都进行过编码值互换、并且不存在相邻的编码为“1”的节流管路为止；此时，互换编码值后的各节流管路按照其原有序号的顺序、比例开关阀开口面积依次增加一倍。所述将二进制编码的各位数值转换为脉冲信号控制各个节流管路设置的截止阀通断阀具体为：控制编码为“1”的节流管路上的截止阀导通；控制编码为“0”的节流管路上的截止阀截止。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.本专利技术将PWM阀门比例控制技术与传统的PCM气体流量控制技术结合，实现大流量气体的快速准确流量调节。2.本专利技术的平行节流管路以主管路轴为中心环形排列，而不再是在同一平面平行排列，消除各节流管路入口之间管阻差别。3.本专利技术的节流管路入口口径相等，利用高速开关阀作为节流装置，避免主管路气流分配时各节流管路因入口口径不同形成的不同管阻。4.本专利技术的节流管道的分布，采用优化策略，使节流管路入口处的阻力分配更加平均。5.本专利技术的节流管路分布的优化策略是通过度量编码为“1”的节流管路中心点连线所组成的多边形重心与主管路中心点的距离，确定节流管路分布均匀程度。附图说明图1为本专利技术的控制原理图。图2为本专利技术中的节流管道优化排列方法示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。一种基于PWM和PCM技术的快速流量控制阀组，装置包括：主管路1、节流管路组2、比例开关阀组3和可编程逻辑控制器4。在PCM（脉码调制）气体流量控制技术的基础上，采取了三个改进措施：（1）平行节流管路以主管路轴为中心环形排列；（2）利用PWM（脉宽调制）阀门比例控制技术调节管道有效节流面积；（3）优化节流管路组排列顺序。本专利技术采用的技术方案：本装置主管路截面积S不小于节流管路组截面积S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7之和，以保证管道节流点位于节流阀门处，只需要通过缩放节流阀的节流面积，即可改变整个管道的最大节流面积，节流器件与主管路口径无需严格匹配。为解决传统PCM方法中主管路与节流管路衔接处气流阻力分布不均的问题，本装置采用两种改进：（1）节流管路入口口径相等，利用高速开关阀作为节流装置，避免主管路气流分配时各节流管路因入口口径不同形成的不同管阻；（2）平行节流管路以主管路轴为中心环形排列，而不再是在同一平面平行排列，消除各节流管路入口之间管阻差别。本装置利用脉宽调制的占空比生成各管道等效节流面积的2倍等比序列，使PCM技术在等口径节流管组上得以应用；并且，从气流阻力分配均衡的角度考虑，采用优化策略，将编码为“1”的管路在排管中的位置均匀分布在主管路的周围，使节流管路入口处的阻力分配更加平均。所述的优化策略是通过度量编码为“1”的节流管路中心点连线所组成的多边形重心与主管路中心点的距离，确定节流管路分布均匀程度——距离越近，分布越均匀。图1示出的是一种基于PWM和PCM技术的快速流量控制阀组的控制原理图，如图所示，一种基于PWM和PCM技术的快速流量控制阀组包括：主管路1、节流管路组2、比例开关阀组3和可编程逻辑控制器4。该装置在PCM（脉码调制）气体流量控制技术的基础上，采取了三个改进措施：（1）平行节流管路以主管路轴为中心环形排列；（2）利用PWM（脉宽调制）阀门比例控制技术调节管道有效节流面积；（3）优化节流管路组排列顺序。本装置主管路截面积S不小于节流管路组截面积S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7之和，以保证管道节流点位于节流阀门处，与传统PCM流量控制方法不同，本装置采用等口径节流管路，利用高速开关阀作为节流装置，这样既使主管路气流进入节流管路组时受到的阻力基本相当，也可利用PWM技术任意设定每一个节流管路的有效节流孔径，利用脉宽调制生成的占空比生成更准确的2倍等比序列等效节流面积；平行节流管路以主管路轴为中心环形排列，也使主管路气体分配给各节流管路的距离相等，避免了节流管路组平面式并行排列所造成的气流分配不均的问题。此外，采用PWM技术的优势还在于，可以将PCM的二进制编码从左至右的固定排序方式，改进为随意本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于PWM和PCM技术的快速流量控制阀组，其特征在于：主管路内设有多个并行的节流管路，每个节流管路上均设置与可编程逻辑控制器连接的比例开关阀。

【技术特征摘要】
1.一种基于PWM和PCM技术的快速流量控制方法，其特征在于：主管路内设有多个并行的节流管路，每个节流管路上均设置与可编程逻辑控制器连接的比例开关阀；节流管路以主管路的轴心为中心环形排列；节流管路入口内/外径相等，节流管路长度相同；主管路截面积不小于节流管路的截面积之和；包括以下步骤：设定各节流管路的比例开关阀开口面积按节流管路顺时针依次增加一倍；可编程逻辑控制器将主管路节流设定值转换为二进制编码，对节流管路进行顺序优化后，将二进制编码的各位数值转换为脉冲信号控制各个节流管路设置的截止阀通断。2.根据权利要求1所述的一种基于PWM和PCM技术的快速流量控制方法，其特征在于：所述对节流管路进行顺序优化包括以下步骤：1）将二进制编码的各位数值顺时针依次对应各节流管路（S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7）；2）设定一个编码为“1”的节流管路（S1）为起点；3）编码为“1”的节流管路与其...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙杨，廖伟光，高虹，金玉奇，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21