Solution de contrôle de pression ultra-précise à 0,1 % dans la plage de pression relative de 0,1 à 0,6 MPa et résultats des tests d'évaluation

Solution de contrôle de pression ultra-précise à 0,1 % dans la plage de pression relative de 0,1 à 0,6 MPa et résultats des tests d'évaluation

1. Introduction du régulateur de pression d'air électronique
Afin de répondre aux exigences de contrôle de pression ultra-précis (0,1 %) dans les applications industrielles, nous proposons des solutions adaptées. Nous présentons la solution en détail, ainsi que le dispositif de test d'évaluation conçu à partir de cette solution et les résultats des tests obtenus, afin de démontrer son efficacité pour un contrôle de pression ultra-précis (0,1 %).

2. Comment résoudre le problème du régulateur de pression d'air électronique ?
La solution repose sur un régulateur de pression d'air électronique. Or, la précision de ce type de régulateur étant généralement limitée, un capteur de pression de haute précision et un contrôleur PID permettent d'atteindre une précision de contrôle optimale. Afin de vérifier la faisabilité de cette solution, et notamment l'impact du contrôleur PID de haute précision sur la précision du contrôle, des tests d'évaluation ont été réalisés. La structure du dispositif de test est présentée sur la figure 1.

Le dispositif de test d'évaluation comprend principalement les éléments suivants :
(1) Capteur de pression : La précision est de 0,05 %, la plage est de pression absolue 0,1~1MPa et la sortie de tension correspondante est de 0~10V.
(2) Régulateur de pression d'air électronique : La précision est de 0,25 %, la plage est de pression absolue 0,1~1MPa, la tension de commande est de 0~10V.
(3) Contrôleur PID : ADC est de 24 bits, DAC est de 16 bits, la plage ADC est de 0 à 10 V, la plage DAC est de 0 à 10 V.
(4) Collecteur de données multicanaux : Agilent 34972A, acquisition à cinq chiffres et demi/six chiffres et demi.
(5) Raccord de tuyauterie à trois voies : Utilisé comme récipient sous pression et connecté à un capteur de pression et à un régulateur de pression d'air électronique.
(6) Ordinateur : Il est utilisé pour communiquer avec le contrôleur PID et le collecteur de données, en installant et en exécutant les programmes logiciels correspondants pour contrôler, collecter, afficher et stocker les données du contrôleur PID et du collecteur de données.

D’après nos précédents tests d’évaluation et l’analyse des données du processus de contrôle, nous estimons que le régulateur PID intégré industriel doit répondre aux indicateurs techniques suivants pour atteindre une précision de contrôle de 0,1 % :
(1) Le capteur externe doit avoir une ultra-haute précision supérieure à 0,1 %.
(2) L'actionneur externe doit également avoir une haute précision, mais il ne nécessite pas nécessairement une ultra-haute précision de 0,1 %.
(3) Le contrôleur PID doit être d'au moins 16 bits, et le mieux est de 24 bits.
(4) Le fonctionnement en virgule flottante du contrôleur PID doit garantir que le pourcentage de sortie a une capacité de réglage de 0,01 % à 0,05 %.
(5) Le nombre de bits du convertisseur numérique-analogique (CNA) du régulateur PID doit être d'au moins 14 bits, et idéalement de 16 bits. Il ressort des exigences techniques et des résultats de tests mentionnés précédemment que, pour obtenir une régulation de pression ultra-précise, et sous réserve que le capteur de pression externe, le régulateur de pression proportionnel électronique et le régulateur PID répondent aux exigences de précision, la sortie de commande du régulateur PID et les opérations en virgule flottante doivent également présenter une précision suffisante. C'est pourquoi nous avons adopté un régulateur PID avec une précision de sortie de 16 bits et amélioré en conséquence la précision des opérations en virgule flottante. Cette amélioration se traduit par une augmentation du pourcentage minimal de la sortie de commande de 0,1 % à 0,01 % et par une augmentation de la précision de la sortie de commande de une à deux décimales.

3. Résultat du test du régulateur de pression d'air électronique
Le test de régulation de pression constante a été réalisé dans la plage de pression relative de 0,1 à 0,6 MPa à l'aide du dispositif de test mentionné précédemment. Les points de consigne de pression sont respectivement de 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5 et 0,6 MPa afin d'observer l'influence du pourcentage de sortie du régulateur PID et de la tension de commande sur la régulation de pression constante, ainsi que la relation correspondante. Nous pouvons en tirer les conclusions suivantes :
(1) Dans toute la plage de pression de 0,1 à 0,6 MPa, le taux de fluctuation peut être contrôlé dans une plage de 0,1 %.
(2) En particulier dans la plage de pression plus élevée de 0,3 à 0,6 MPa, le taux de fluctuation peut même être contrôlé de manière stable à moins de 0,05 %.
(3) L’observation du processus de régulation sur toute la plage de pression révèle qu’une fois la régulation stabilisée, la variation du pourcentage de sortie du régulateur est sensiblement de ±0,01 %. Ceci démontre que l’utilisation d’un convertisseur numérique-analogique 16 bits et l’augmentation de la précision des calculs en virgule flottante améliorent significativement la précision de la régulation.
(4) Dans la plage de basses pressions de 0,1 à 0,2 MPa, les paramètres PID auto-adaptatifs permettent de limiter les fluctuations à 0,1 %. Toutefois, une optimisation plus poussée de ces paramètres permettrait d'améliorer encore la précision du contrôle. Forts de ces conclusions, nous avons optimisé les paramètres du régulateur PID et mis en œuvre un contrôle de pression constant dans la plage de basses pressions de 0,1 à 0,2 MPa.

Le taux de fluctuation de la consigne de 0,2 MPa est efficacement réduit à 0,05 %, tandis que celui de la consigne de 0,1 MPa reste pratiquement inchangé à 0,1 %, voire dépasse parfois 0,1 %. Cependant, l'observation de la courbe de tension de commande révèle que, lors d'une régulation à tension constante avec une consigne de 0,1 MPa, le taux de fluctuation de la tension de commande reste globalement inférieur à 0,05 %, tandis que la fluctuation de pression atteint 0,1 %. Ceci pourrait être dû à l'influence de facteurs externes, tels que la température ambiante, le capteur de pression et la précision de l'électrovanne proportionnelle. En effet, à une pression de 0,1 MPa, la pression interne des raccords en T est plus sensible aux variations de température ambiante, et cette pression est supérieure à la précision du capteur et à la plage de mesure du régulateur de pression électronique.

4. Conclusion
Grâce à la solution présentée ci-dessus et aux résultats des tests d'évaluation, il est prouvé que cette solution permet d'atteindre une précision de contrôle de la pression de 0,1 %. Les conclusions spécifiques sont les suivantes :
(1) Le capteur de pression externe ultra-haute précision et le contrôleur PID peuvent améliorer efficacement la précision du contrôle de pression du régulateur de pression d'air électronique et peuvent atteindre un contrôle de pression ultra-haute précision de 0,1 %.
(2) Il atteint pleinement l'indice technique de 0,1 % du régulateur de pression d'air électronique de Kao Lu, en particulier dans la plage de pression supérieure à 0,2 MPa, et peut même atteindre une précision de contrôle plus élevée de 0,05 %.
(3) Dans le processus de régulation de pression avec une précision ultra-élevée de 0,1 %, la précision de mesure, la précision de régulation et la précision du calcul en virgule flottante du contrôleur PID sont les indicateurs techniques clés qui déterminent la précision globale de la régulation. La solution décrite dans cet article utilise un convertisseur analogique-numérique (CAN) 24 bits. Le taux de variation de 0,01 % du convertisseur numérique-analogique (CNA) et la haute précision du calcul en virgule flottante démontrent qu'elle répond pleinement aux exigences de la régulation ultra-précise.
(4) Grâce à la solution et à la vérification expérimentale de cet article, il est prouvé que le contrôleur PID industriel ultra-haute précision de 0,1 % peut atteindre complètement un contrôle ultra-haute précision à un coût inférieur et peut également être utilisé pour contrôler d'autres paramètres dans les domaines industriels.

Veuillez consulter le site web de Kao Lu pour obtenir plus d'informations sur le régulateur de pression proportionnel !