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        电子分析天平的平衡度调节

        [导读]为实现电子分析天平的快速准确称量,奥豪斯仪器(上海)有限公司在下文提出基于增量式模糊调节和PID调节有机融合的电子天平模糊自适应PID平衡调节方法。

            奥豪斯仪器(上海)有限公司在建立电磁力平衡传感器系统传递函数基础上,确定基于FOLPD模型及Z-N整定法的初始PID调节参数,结合电磁力平衡传感器的动态响应特性,设定电子分析天平的模糊调节规则,并通过阈值判断,在系统偏差较大时采用增量式模糊调节,偏差较小时采用PID调节,实现两种调节方法的优势互补,缩短系统调节时间,提高系统的鲁棒性。仿真及测试结果表明,量程220g、感量0.1mg的电子分析天平应用模糊自适应PID调节方法,各载荷点示值误差≤± 0.3mg,稳定时间≤3s,优于国家标准《JJG1036—2008电子天平检定规程》规定的I级天平示值误差指标。

           关键词: 电子分析天平;平衡调节;增量式模糊调节;模糊自适应PID;鲁棒性

           1 下文中,奥豪斯仪器(上海)有限公司对电子分析天平的工作原理与数学建模进行分析。

           1.1 电子分析天平的工作原理

           传统脉宽调制式电子分析天平的平衡调节采用硬件PID电路。电磁力平衡传感器与调节电路共同构成电子分析天平的闭环调节系统。系统在物体加载前处于杠杆平衡状态。加载物体后,载荷产生的力矩使横梁偏转,横梁上的遮光片向上移动,光敏二极管D2、D3感应到发光管D1发出的光,产生电流信号(即光电检测信号),并经I /V转换和PID调节后产生电压量输出,该电压量与固定的锯齿波信号通过比较器后输出一个脉宽调制信号,以此控制晶体管Q的开关,使得流经线圈的电流随PWM宽度的变化而成比例地变化( I0为恒流源产生,可认为不变)。通电线圈在永磁体磁场作用下产生电磁力F,使横梁反向偏转,带动遮光片向下移动,光电检测信号随之减小。但由于PID积分环节的存在,PID调节器的输出电压仍继续增大,从而使流经线圈的电流继续增大。分析天平的平衡调节性能。将增量式模糊调节和PID调节有机融合于电子天平的平衡调节,通过阈值判断,合理完成2种调节方式的切换,既能发挥模糊调节快速、灵活及鲁棒性强的优点,又能发挥PID调节精度高、稳定性强的优点,兼顾电子分析天平静态、动态性能指标,解决快速性与稳定性难以兼顾的问题,实现天平的快速、准确称量。


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