基于二分寻值法的热力膨胀阀自动调定系统的研制.pdf

匐 治 基于二分寻值法的热力膨胀阀自动调定系统的研制 Th e dev el opm ent o f t h er m os t at i c e xpans i on val v e w i t h au t om a t ed s et up s y st em bas ed on di chot om y s eeki ng val u e m et hod 谢斌，蒋庆，汤建斌，李兵丰 XI E Bi n ，J I ANG Qi n g，T ANG J i a n - b i n ，L l Bi n g _ f e n g 中国计量学院 计量测试工程学院，杭州 3 1 0 0 1 8 摘要设计了一种热力膨胀阀性能自动调定系统。该系统实现了对热力膨胀阀静止过热度的自动调 节，以及静止过热度和内漏值的自动检测。为了优化静止过热度调定精度和节拍 ，该系统引 入了二分寻值等算法。通过机器能力指数C MK 评估，结果表明该系统与传统系统相比，具有 更高的精度和稳定性。 关键词热力膨胀阀；静止过热度；二分寻值法；机器能力指数 中田分类号 T P2 1 6 文献标识码 A 文章编号1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 5 o 8 上 一0 0 2 5 0 4 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． I s s n ． 1 0 0 9 -0 1 3 4 ． 2 0 1 5 ． 0 8 I- - ． 0 9 0 引言 目前汽车空调系统的节流装置 以热力膨胀阀为主， 它的工作特性直接影响整个制冷系统的性能。其 中热力 膨胀阀静止过热度和 内漏值检测是生产过程中两个重要 工艺指标⋯。尤其是静止过热度 ，其调节精度和稳定性 直接影响着阀的整体性能。 汽车空调 系统 的热力膨胀 阀主要是采用三力平衡 的基本原理 ，如图1 所示 ，P 1 为气箱头 内充注介质对应 于温度产生的压力 ，P 2 为蒸发压力，F 为弹簧力。静止 过热度调节主要是在标况下通 过调节F ，使阀 口开度改 变，从而调定静止过热度 。 目前国内空调热力膨胀阀静止过热度调节主要靠人 工实现调定，其缺 陷在于速度慢 、效率低，无法满足 高速 自动化生产线需求 ；检测精度低 ，检测结果很大程 度上取决于工人的主观判断，漏检 、误检率较高；工人 劳动强度大 ，工作环境差人力资源浪费，无法满足当 前汽车行业产品 “ 零次品”的要求。 8 P 1 图1 热力膨胀 阀的工作 原理 图 为 了弥补传统检测方法 以人工手动调 节的缺陷和 不足，本文设计了一种新型的热力膨胀阀性能 自动测控 系统。该系统主要采用P L C控制器 ，利用控制算法配合 传感器技术实现了对热力膨胀阀过热度参数的 自动反馈 调节。如图2 所示，将待测阀置于0 ℃恒温槽中，再通入 1 ． 0 3 Mp a 的干燥气体 ，通过压力传感器实时将U 压力信 号反馈给P L C，从而控制步进电机带动过热度弹簧 改变 弹簧力，最终调定静止过热度。 一 檀 一 图2 热力膨胀阀的测试原理图 1 系统硬件设计 根据工业生产的要求，系统技术指标如表1 所示。 该检测系统采用多工位并行检测，每个工位可以放 置一个产品进行独立测试 ，工位之 间互不影响。该系统 主要包括控制单元 、测试单元 、气路单元、执行单元和 温控单元。其测试系统结构框图如图3 所示。 收稿日期2 0 1 5 - 0 3 - 3 1 作者简介 谢斌 1 9 9 0 一 ，男，浙江温州人，硕士研究生，研究方向为自 动化检测系统。 第3 7 卷第8 期2 0 1 5 - 0 8 上 [ 2 5 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表1 热力膨胀阐测试系统技术要求 参数名称 具体要求 生产节拍 温度控制精度 压力控制精度 静 止过热度测试精度 内漏值压力测试精度 过热度超调率 4 O 秒／ 个 4-0 ． 1 ℃ 0． 1 Mp a 4 - 0．0 05 Mp a 4-0．0 0 5 Mp a 小于5 ％ P L C控制器 t I A D 采 集 模 块 f 控制 单元 该系统单元 中，其控制单元主要是一 台C P 1 H 系列 的P L C 组成，它是一个高性能高效稳定的一种控制器 ， 并且它 自带有A D 采集模块能够实时采集传感器信号。 而系统工作压力采用的是0 ～1 ． 6 Mp a 、精度为0 ． 5 ％F S 压 力传感器。静止过热度压力测试采用的是0 ～1 Mp a 、精 度为0 ． I ％F S 压力传感器。气路单元主要是气路上的元 器件以及管路分布。执行单元主要是控制夹紧气缸、下 压气缸等气动元器件 。温控单元主要控制一 台可实时采 集控制温度的恒温槽。测试单元中，通过P L C 控制器对 步进电机、夹紧气缸 、下压气缸、报警灯、电磁阀等元 器件进行控制，从而完成测试调定整个流程 。由于 电机 的选型对系统至关重要，因此我们采用了日本公司生产 的产品，其特点是高精度 、高稳定性、体积小并且抗振 防潮、抗干扰等优点。从而在调定过程 中，保证 了电机 驱动调节的稳定性。 如图4 所示是单工位气路测试原理图。 图4 单工位气路测试原理 图 [ 2 6 1 第3 7 卷第8 期2 0 1 5 0 8 上 2 系统软件设计 系统软件的主流程完成初始化后则会进入到 自动运 行界面。按启动按钮，设备开始 自 检 ，待 自检完成后系 统会对产品是否合格做出判断并亮灯提示，待检测完毕 则气缸复位结束。如图5 所示是该系统主程序流程图。 图5 系统主程序流程图 系统 的检测流程是整个系统的核心 ，该流程 中涉及 控制策略与算法，以及整个检测步骤。控制器会根据检 测对象不同选择最合适的控制参数，保证整个系统处于 最优的工作状态，从而提高调节精度和调节效率。如图 6 是检测过程流程图。 选择控伟 检 测参数 过热 度压力检测 否小于 等。 奈 标准偏 、差 内 采用二分寻值法控 制策略 I 是 内泄漏检测 格 ＼ ． 结束 图6 检测过程流程图 是 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 系统控制策略及算法 在热力膨胀阀 自动调定过程中，由于调节时传感器 反馈信号延时所带来的滞后性以及阀的性能差异性，造 成了超调或者调节不到位 的现象 。为了使该系统处于最 优状态 ，因此我们引入二分寻值等算法。 如 图7 是将一个标准的热力膨胀阀置于标况中，电 机每调节0 ． 0 0 5 圈所对应的静止过热度一共采集 了4 0 0 个 点，拟合出的相对调节 圈数的静止过热度曲线。 在热力膨胀阀工业生产中其静止过热度一般调节范 围为0 ． 1 2 Mp a ～ 0 ． 1 8 Mp a 。因此本文系统将调节过程分成 了实时采集调节法和二分寻值法[ 2 两个主要步骤 。 1 实时采集调节法 ，如 图7 所示 ，当静 止过热度 0 ． 2 Mp a 时，U 和K很大，即调节圈数Y u K，调节过 程中不确定度很大 ，很容易造成超调的现象。为此系统 引入实时采集调节法 ，保证尽快调节到0 ． 2 Mp a 附近。 2 二分寻值法，如图7 所示，当静止过热度 1 ． 6 7 ，从而证明 了该系统能力 良好，状态稳定具有可靠性。 5 结束语 本文研制的热力膨胀阀 自动调定系统，实现 了生 产线对热力膨胀阀静止过热度 自动调定检测，以及 内漏 值检测 。不仅充分满足 了热力膨胀阀生产线质量控制要 求，而且大大提高 了生产节拍和效率，由于只需一人即 可操作多台设备，大幅度降低了人工成本 ，并且该系统 具有 良好的准确性和稳定性 以及调节精度 ，为企业生产 带来了很大的效益。 参考文献 【 1 】杨长春， 黄国强， 张明锦． Q C ／ T 6 6 3 2 0 0 0 ， 试验方法 测量仪器精 度[ S 1 ．北 京 国家机械 工业局， 2 0 0 0 ． [ 2 】 曾颖峰， 本柏忠， 陈爽． 基于二分法指数衰减的液位控制【 J 】 | 制造 业 自动化． 2 0 1 4 。 1 0 下 1 3 8 1 3 9 ． 【 3 】许道荣． 单步追踪法一 一种新的数控插补方法【 J 】 ． 中国学术期刊 电子杂志 出版社． 1 9 7 9 ， 0 3 8 6 8 8 ． 【 4 】 徐朋朋 ， 蔡晋辉， 姚燕， 蒋庆． 热力膨 胀阀过热度 自动检测 系统 【 J ] ． 中国计量学 院学报， 2 0 1 0 ， 2 1 1 1 7 2 0 [ 5 】 文常保 ， 高丽红， 方吉善 ， 巨永锋， 李演明． 基于 改进型限幅平均滤 波法的高精度称重系统研究【 R 】 ． 长安 长安大学电子与控制工 程学 院微纳 电子研究所， 2 0 1 4 ． 【 6 】 郭晓铃， 姚燕， 蒋庆， 彭军皓． 基于模糊 自适应的热力膨胀阀容量 测试系统【 J 】 ． 仪器技术与传感器，2 0 1 4 ， 6 6 6 6 7 ． 【 7 】 杨妍妍， 解学军． 多变量系统 的直线 型模 型参考 自适应控 制研 究 【 D】 ． 曲阜 曲阜师范大学， 2 0 0 9 ，0 3 ． 【 8 】 MONT GOME RY D C．I n t r o d u c t i o n t o S t a t i s t i c a l Qu a l i t y C o n o l [ M] ．Ne w Y o r k Wi l e y ． 1 9 9 6 1 6 2 1 6 4 ． 【 9 】李毅， 俞卞章． 自 适应滤波及滤波算法研究【 D ] ． 西安 西北工业大 学， 2 0 0 3 。 0 3 ． 试 据 准 雠 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m