专利名称：一种控制轮胎角度的pid控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种轮胎检测的试验控制装置，特别涉及一种符合轮胎特性的 PID (比例_积分_微分调节)角度控制器。
背景技术：
随着轮胎工业的不断发展，对轮胎性能检测提出了更高的要求，不能仅仅满足于 以往单纯轮胎可用里程的检测，轮胎在实际工作过程中，不但有自身的安装角度约束，而且 还要有实现转弯等动作的要求，所以设计增添了角度检测的相关试验设备，这样，更能够模 拟仿真轮胎的实际工作的运行状态。传统的角度检测试验设备中使用的角度传感器，大多 采用差动变压器或线性电阻原理，传感器一般安装在旋转轴位置，这种控制方式的控制精 度较低，更由于受到机械安装结构的限制，不能够进一步满足轮胎测试、试验的要求。

发明内容本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种具有高控制 精度的轮胎测试用PID角度控制器。 本实用新型所采用的技术方案是一种控制轮胎角度的PID控制器，包括设定单 元，设定检测系统参数值；比较单元，对输入信号和反馈信号进行比较；PID单元，对控制参 量进行控制，实现输出与输入误差信号成比例关系；合成控制单元，对控制量进行合成和/ 或叠加振颤信号；反馈单元，用来将被测物的状态信号反馈给比较单元；输出单元，控制伺 服阀运动，控制伺服系统启动或停止；显示单元，显示检测系统的工作状态；所述的设定单 元、比较单元、PID单元、合成控制单元、反馈单元、输出单元和显示单元依次相互电连接。 所述的设定单元设置有，拨码开关、调整电位器和功能选择器；所述的反馈单元设 置有位置测量传感器，所述的位置测量传感器采用直线位移传感器；所述的显示单元设置 有数码管和指示灯显示区域。 在所述PID角度控制器的各个连接部分，设置有保护装置及安全控制装置。 本实用新型的有益效果是结构设计简单，检测过程易于实现，参数调整方便，将 角度控制转化成对弦的控制，即对转臂的位置控制，提高了角度控制的精度，位置传感器采 用直线位移传感器，提高了信号采集的抗干扰能力，本实用新型更能够模拟仿真轮胎的实 际工作的运行状态。

图1是本实用新型角度控制器的电路组成方框图； 图2是本实用新型角度控制器的模拟流程图； 图3是本实用新型角度控制器的参考输入示意图； 图4是本实用新型角度控制器的反馈信号示意图； 图5是本实用新型角度控制器的比较器与PID单元示意图；[0013] 图6是本实用新型角度控制器的PID合成谐振控制示意图； 图7是本实用新型角度控制器的输出单元示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细说明 图l是本实用新型角度控制器的电路组成方框图；如图l所示，一种专门针对轮 胎特性设计的角度控制PID控制器，用于带角度的轮胎里程试验中实现闭环控制，包括设 定单元，设定检测系统参数值；比较单元，对输入信号和反馈信号进行比较；PID单元，对控 制参量进行控制，实现输出与输入误差信号成比例关系，通过PID参数调节，控制带角度的 轮胎测试时，角度的高频率周期性变化；合成控制单元，对控制量进行合成和/或叠加振颤 信号；反馈单元，用来将被测物的状态信号反馈给比较单元；输出单元，控制伺服阀运动， 控制伺服系统启动或停止；显示单元，显示检测系统的工作状态；所述的设定单元、比较单 元、PID单元、合成控制单元、反馈单元、输出单元和显示单元依次相互电连接。所述的设 定单元设置有，拨码开关、调整电位器和功能选择器；所述的反馈单元设置有位置控制传感 器，所述的位置控制传感器采用直线位移传感器；所述的显示单元设置有数码管和指示灯 显示区域。在所述PID角度控制器的各个连接部分，设置有保护装置及安全控制装置。 图2是本实用新型角度控制器的模拟流程图，如图2所示，本实用新型角度控制 PID控制器的基本工作原理是 本实用新型测试轮胎用PID角度控制器，包括，设定单元(如Xl-4、5)提供设定 控制目标，用来系统参数设定值的给定，负责传送设定信号；反馈单元提供实际角度反馈 信号，即，用来将传感器的信号经过零点调节和信号放大器的放大作用后，反馈给比较单元 (如X2-l 5);比较与PID控制单元根据参考输入和反馈信号，比较实际施加角度和理论 角度之间的偏差，调整适合于稳定裕度要求的增量(P)、积分(D、微分(D)等控制参数，实 现时时修正，以最精确的角度控制实现整个过程的闭环控制；合成控制单元合成控制量需 要的叠加振颤功能，调节谐振频率、振颤幅度，以适应不同规格轮胎的在不同速度下的频率 特性；最终将合成信号经电压/电流转换传送至输出单元，通过输出单元转换为控制油缸 的运动方向和速度，实现闭环自动调节控制系统，实现整个控制过程。 控制器的显示部分，由数字显示仪表构成，可以显示告警门电平调整的趋势，指示 灯区域共设置LD1、3 7六个指示灯，根据设定单元中的拨码开关所选择的位置，实时的显 示选择挡位的数据量。指示灯区域的LD1为辅助电源指示，LD3为误差信号负超限指示，LD4 为误差信号正超限指示，LD5伺服启动指示，LD6供电电源+指示，LD7供电电源-指示。 图3是本实用新型角度控制器的参考输入示意图；如图3所示，角度控制器的输 入信号为0 10V电压信号，经过电位器调节实现线性匹配，通过拨码开关SW7.3实现数码管 显示。对于给定信号能够进行零点调节，消除给定电压信号的衰减，提高设定精度。经过滤 波、补偿后的信号输入到比较器电路。 设定单元中的拨码开关部分，决定数码管表头显示部分的内容，拨码开关部分共 设置SW1 10十个拨码开关，并且，任意时刻最多只能有一位处于0N挡位。其中，SW1为 内给定，SW2为误差放大器输出，SW3为外给定，SW4为合成值，SW5为阀电流值，S怖为负积 分禁止设定值，SW7为正积分禁止设定值，SW8为传感器输出，SW9为内部输出值，SW10为角度反馈。 设定单元中的调整电位器部分共设置W1、2、3、5 12十二个调整电位。通过联 调的调整方式，调整电位器，可以使系统在进入稳态后实现无稳态误差，避免了被控量的超 调，使整个区间均能满足控制要求。其中，W1为给定量匹配器传递系数调节，W2为调整传感 器反馈的增益，W3为调整传感器反馈的零点，W5为调整屏幕显示的增益，怖为调整屏幕显 示的零点，W7为负告警门限电平调节，W8为正告警门限电平调节，W9为积分器输出电平调 节，W10为微分器输出电平调节，Wll为励振电平调节，W12为励振频率调节，W13为阀电流 显示放大器增益调节。 设定单元中的功能选择器由Ja4、 JP、 JI、 JD、 JC、 JT3、 Jvl 6和JL6十三个主要 跳线选择装置组成。功能选择器，根据系统的误差，利用P、 1、D，S卩，比例、积分、微分计算， 对控制量进行控制选择，实现控制器的输出与输入误差信号成比例关系，改善系统在调节 过程中的动态特性，实现对角度的机动控制、提高角度指向性和稳定性。Ja4为误差放大器 增益选择，可同时相应改变P、 I、 D而不改变励振电平，JP为P放大器增益选择，JI为I放 大器增益选择与调整，JD为D放大器增益选择与调整，JC总增益选择，可同时相应改变P、 1、D和励振电平，JT3电平超限告警电路的输入信号选择，Jvl 6为W3的输入电压不同调 整范围短路端子，几6积分抑制控制方式选择。 连线端子由Xl-4、 Xl-5、 X2-l、 X2_3、 X2_5、 X3_l、 X3_2、 X4-5 8、 X5-1 3、 CZ1-1 5组成。连线端子，通过各端子的不同连接，实现给定输入、传感器输出、试验载荷 输出、给伺服系统驱动、连接电源和数字表头显示等作用。其中，Xl-4为给定量输入(+)， Xl-5为给定量输入(_) ，X2-l为接地端，X2-3接变送器输出信号(+) ，X2-5接变送器输出信 号公共端，X3-1实际值输出(+)，X3-2实际值输出(-)，X4-5伺服阀驱动使能输入，X4-6伺 服阀驱动使能接地保护，X4-7伺服阀驱动输出(+) ，X4-8伺服阀驱动输出(_) ，X5-l接+15V 电源输入，X5-2接地，X5-3接-15V电源输入，CZ1-1数字表头引线屏蔽端，CZ1-2数字表头 输入(+) ， CZ1-3数字表头输入(_) ， CZ1-4数字表头接地保护，CZ1-5数字表头电源+。 图4是本实用新型角度控制器的反馈信号示意图，如图4所示，本实用新型角度控 制器的反馈信号为电流信号，直线位移传感器采用脉冲调制原理，直接输出4 20mA电流。 直线位移传感器采用15V线性电源供电，目的是为了减小电源对反馈信号的影响。反馈电 流信号经过253Q电阻转化成1 5V电压信号。转化后的电压信号也能够进行零点、线性调 节，输出到PLC进行显示、打印。同时，反馈信号传递到比较器与设定信号进行比较。 图5是本实用新型角度控制器的比较器与PID单元示意图；如图5所示，从设定单 元和反馈单元传递来的电压信号，经过比较器进行差值运算，运算所得的差值记为e。该 角度控制器的输出是以该差值为依据的，因此e为关键量。该量的大小、变化方向、变化梯 度均影响输出的特性曲线，e的值可以通过TP4测量点测量。比较器的前端设置有调零功 能，当给定、反馈均为零时进行调节，保证比较器的输出也是零。差值信号同时进行P、 I、D 处理，通过跳线与可调电位器可以对比例系数、积分时间、微分时间等进行设置和调节。其 中I分量可以通过跳线选择是否使用，如果不使用I分量，则该系统是PD控制系统，同样D 分量亦可以通过跳线选择是否使用，如果不使用D分量，则该系统为PI控制系统。另外，由 于轮胎的粘弹性体特性，有时D分量需要设置为负，即，进行负向微分。 本实用新型角度控制器是根据对应角度的弦的变化，将角度控制转化成弦的控制，即，对转臂的位置控制。在轮胎试验机上最高可以达到4mm对应0. 1° ，提高了角度的控 制精度。位置控制的传感器选用直接电流输出的直线位移传感器，进一步提高信号采集的 抗干扰能力。 图6是本实用新型角度控制器的PID合成谐振控制示意图；如图6所示，P、I、D分 量通过合成输出控制信号，由于轮胎具有不圆度特性，合成控制量需要叠加振颤功能。在该 角度控制器中，谐振频率、振颤幅度都是可以调节的，以适应不同规格轮胎的在不同速度下 的频率特性。在P、I、D各分量均为零时，可以对合成输出信号进行零点调节，消除合成器输 出误差。为了适应不同伺服阀的零点变异特性，伺服阀的阀电流输出方向也是可以调整的， 通过电流跳线和接线方向的调整，可以使阀漂移方向为负值。 图7是本实用新型角度控制器的输出单元示意图。如图7所示，P、I、D分量合成信 号经电压/电流转换即可以控制伺服阀的运动，通过外部触点控制伺服系统启动或停止。 本实用新型角度控制器，是针对轮胎角度检测而专门设计的符合轮胎力学特性的 角度控制PID控制器。为更好的消除静态与动态误差，达到角度控制的高精度和高稳定性 要求，本实用新型的角度控制器，采用了模糊控制、比例控制和比例积分控制的特点，加快 了响应过程，可以满足控制对象操作量的高频率周期性变化，并且，能够达到较高的角度指 向精度和角度稳定度，使测试快速进行，在各种参数发生一定变化时，仍然能够对角度进行 有效的控制。本实用新型的应用加快了系统的响应过程，对被控制对象参数的变化具有较 好的适应性，以便于进行圆滑而连续的控制，保证在平衡点处也可消除稳态偏差，避免在平 衡点附近可能出现的小振幅的振荡现象。提高了控制的灵敏度、控制的精度和鲁棒性，真正 满足当今对带角度的轮胎里程检测之需求。PID角度控制器用于带角度的轮胎里程试验机 的控制系统后，使得系统的各运行参数控制十分稳定，自动适应各种干扰及调控指令的变 化，完成控制任务，确保角度控制精度在±0. 5°以内，过渡时间也控制在7秒以内即可达 到稳定状态。突破了以往不能自动控制的局面，实现了试验机的低耗能要求。PID角度控制 器的各个连接部分，均设置有保护及安全控制装置，实现在控制过程中的过程安全性，加强 了对其连接装置的保护，真正实现了自我安全与连锁安全的生产保护。 值得指出的是，本实用新型的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本实 用新型的基本技术构思，也可用基本相同的结构对所述传感器电路和控制电路进行改进。 只要本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本实用新 型的保护范围。
权利要求一种控制轮胎角度的PID控制器，其特征在于，包括设定单元，设定检测系统参数值；比较单元，对输入信号和反馈信号进行比较；PID单元，对控制参量进行控制，实现输出与输入误差信号成比例关系；合成控制单元，对控制量进行合成和/或叠加振颤信号；反馈单元，用来将被测物的状态信号反馈给比较单元；输出单元，控制伺服阀运动，控制伺服系统启动或停止；显示单元，显示检测系统的工作状态；所述的设定单元、比较单元、PID单元、合成控制单元、反馈单元、输出单元和显示单元依次相互电连接。
2. 根据权利要求1所述的控制轮胎角度的PID控制器，其特征在于所述的设定单元 设置有，拨码开关、调整电位器和功能选择器；所述的反馈单元设置有位置测量传感器，所 述的位置测量传感器采用直线位移传感器；所述的显示单元设置有数码管和指示灯显示区 域。
3. 根据权利要求1或2所述的控制轮胎角度的PID控制器，其特征在于在所述PID角 度控制器的各个连接部分，设置有保护装置及安全控制装置。
专利摘要本实用新型公开了一种控制轮胎角度的PID控制器，用于带角度的轮胎里程试验中实现闭环控制，包括设定单元、比较单元、PID单元、合成控制单元、反馈单元、输出单元和显示单元依次相互电连接。设定单元设置有，拨码开关、调整电位器和功能选择器；反馈单元设置有位置控制传感器，显示单元设置有数码管和指示灯显示区域。在PID角度控制器的各个连接部分，还设置有保护及安全控制装置。本实用新型的有益效果是结构设计简单，检测过程易于实现，提高了角度控制的精度和信号采集的抗干扰能力，能够模拟仿真轮胎的实际工作的运行状态。
文档编号G01M17/02GK201508496SQ200920097829
公开日2010年6月16日 申请日期2009年7月21日 优先权日2009年7月21日
发明者顾正 申请人:天津久荣车轮技术有限公司