PID实现流量控制

在实验使用空压机时，总是会出现上游压力不稳导致流量波动幅度大，压缩空气流量大，大量程的质量流量控制器价格过于昂贵，ALICAT-2000slm量程的需要将近五万元，于是考虑用流量计，PID控制器和电控开度阀自制一个控流装置，以实现稳定流量。

流量计可以输出4-20ma电流信号，将输出的电流信号接到PID控制器，pid设置上下限量程，由pid控制器输出控制信号，控制电控阀的开度。 管路连接顺序为，空压机气罐→流量计→电控球阀，流量计的电流信号作为pid的信号输入端，pid接收电流信号后表显流量数值，将控制指令以电流信号输出给电控阀，电控球阀根据指令实现调流稳压。

设备如图

其中，流量计及电控阀需要接DC24V电源，pid控制器需要接85-265VAC，pid接线如图，

将pid控制器的上下限设置成与流量计量程一致，pid控制器的pv为实时信号换算值，sv为预设值，可根据需要设置成对应数值。 刚开始先使用25s电控阀进行实验。结果流量计数显正常，pid接收电流信号后表显数值与流量计相符，开度阀能正常工作，但开度阀会因流量超过预设流量而全部关闭然后打开，以此往复，未能达到预期结果。 猜测导致实验未达目的的原因是：电控开度阀的动作时间有滞后特性，pid的调节周期（采样频率）短，导致： 1.控制器频繁检测到流量波动，反复输出开度指令，阀门还没完成上一次动作，新的指令又到来，形成“指令打架”； 2.将控制器上下限设为0-1000（与流量计量程一致），阀门的开度指令范围应该是0-100%（对应4-20mA），控制器输出的“0”被阀门识别为“全关”，“1000”被识别为“全开”；当偏差出现时，PID输出容易直接触达0或1000的边界，导致阀门极限动作（全关/全开），而非平滑调节，加剧震荡。

在更换1s快调阀之后，再次进行第二次实验。与之前慢阀门的对比，阀门开关明显变快，开始工作后，上游流量充足，阀门部分开启，流量没有准确达到预设流量，会全部关闭后再重新增大或缩小阀门开度，以此往复，直至准确调整至预设流量，但这种全关的调节，需要消耗大量时间才能使流量达到预设流量，而且每次更改预设流量，都要重新调节，这显然是存在问题的。

次日，进行了第三次实验。通过修改pid指令限幅，阀门全关问题解决，试了几个流量，流量基本能稳稳的控制在设定值，如图，

达到预期成果。有时流量会在区间内波动，可能与上游充气引起压力变化导致的。

此后，进行多次实验总结了使用这套稳流装置的顺序：先开阀给充足的上游流量，然后调限幅，进行PID自整定（之前自整定之所以时间太长是因自整定时流量要超过几次预设值，流量未达到导致自整定失败，只有在实际使用环境才需要自整定。）可知道流量大概上下限，再微调限幅（OPI=FREE,OPL最小电流，OPH最大电流），然后就可以低幅度调流，实现稳流。在使用这个装置以后，上游的流量明显比之前稳定。