[发明专利]一种科里奥利质量流量计幅度控制方法

摘要

本发明提供了一种科里奥利质量流量计幅度控制方法，涉及流体测量领域，通过对流量管启振信号进行采样，并与预先设定值相减得到差值，然后再通过线性组合构成控制量对流量管进行幅度控制，采用基于幅值裕度的PID参数整定方法，计算出一组最优的控制参数值对闭环系统实现最优参数整定，本发明通过优化流量管振幅响应灵敏度区间和提高离散化系统的采样周期确定幅度调节目标函数，克服了由于启振幅度输出短时增大引起的过饱和振幅失控现象，提高了幅度响应的速度，使用数字信号处理的方式优化了幅度跟踪性能，保证了高精度频率、相位差输出，使用的硬件资源较少，不需要进行复杂的内核电路的设计，降低了企业使用成本。

主权项

1.一种科里奥利质量流量计幅度控制方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一、对CMF流量管启振信号进行模数转换采样，使用AD转换器对CMF流量管振动信号进行采样并输出其数字序列值，即得到受迫振幅数据，根据CMF流量管1Hz/1mv驱动原则设置流量管振动幅度设定值Vs，第k个AD采样输出的流量管幅度值与流量管振动幅度设定值Vs的差值用e(k)表示，e(k‑1)表示第(k‑1)个AD采样输出的流量管幅度值与流量管振动幅度设定值Vs的差值，采用差分方程U(k)＝Kp[e(k)+Ki∑e(k)+Kd(e(k)‑e(k‑1))]   (1)求解CMF闭环自激振荡系统控制器输出的控制量U(k)，其中Kp、Ki和Kd分别表示比例常数、积分常数和微分常数；步骤二、示波器采集CMF流量管激励信号幅度，然后与步骤一中AD转换器采集的流量管受迫振幅数据进行对数拟合，得到驱动电压的控制量和受迫振幅之间的关系曲线方程，将得到的对数拟合曲线方程y＝0.5177ln(x)‑0.4813   (2)作为振幅调节控制方程，其中x为驱动信号的控制量，y为受迫振幅；步骤三、定义幅度调节的目标函数为F(Kp，Ki，Kd)，目标函数F(Kp，Ki，Kd)满足F(Kp，Ki，Kd)＝ε1σ+ε2ts+ε3N，且参数的加权系数ε1、ε2、ε3满足关系ε1+ε2+ε3＝1，其中σ为超调量，ts为系统调节时间，N为流量管幅度响应阈值范围，目标函数、比例常数和积分常数满足以下约束条件：保证加权系数ε1+ε2+ε3＝1的条件下，先从比例常数Kp开始调节，再调节积分常数Ki，最后调节微分常数Kd，依次找到满足公式(3)的比例常数、积分常数和微分常数，通过示波器观察窗监视流量管振动幅度的变化，参数具体调节原则为：当示波器上的幅度振荡数据显示幅度振荡频率大于20次/秒，将比例常数Kp加0.03，否则不做调整；当从示波器的刻度值上读取的振幅偏离设定幅值Vs的回落速度值大于0.5秒，则将积分常数Ki减0.03，否则不做调整；当流量管振荡幅度最大值与最小值之差超出幅度响应阈值范围N，则将微分常数Kd减0.03，否则不做调整；根据以上原则和顺序调整比例常数、积分常数和微分常数，使得流量管的幅值波动范围低于0.2mv；步骤四、将差值e(k)、e(k‑1)、e(k‑2)代入PID输出控制量的误差增量方程ΔU(k)＝U(k)‑U(k‑1)，得到ΔU(k)为：ΔU(k)＝Kp(e(k)‑e(k‑1))+Kie(k)+Kd(e(k)‑2e(k‑1)+e(k‑2))   (4)其中，e(k‑2)表示第(k‑2)个AD采样输出的流量管幅度值与流量管振动幅度设定值Vs的差值，以ΔU(k)作为对流量管的驱动控制量，带入公式(2)输入参数x，得到受迫振幅；计算当前时刻的控制量U(k)，判断控制量U(k)是否超出幅度响应阈值范围N，N＝[Umax，Umin]，幅度响应上界Umax＝Vs+0.2，幅度响应下界Umin＝Vs‑0.2，当U(k)超出幅度响应阈值范围N时，将公式(4)中Ki置0实施抗饱和积分分离，使得流量管幅值波动范围低于0.2mv。