奧豪斯儀器（上海）有限公司在建立電磁力平衡傳感器系統(tǒng)傳遞函數(shù)基礎(chǔ)上，確定基于FOLPD模型及Z-N整定法的初始PID調(diào)節(jié)參數(shù)，結(jié)合電磁力平衡傳感器的動態(tài)響應(yīng)特性，設(shè)定電子分析天平的模糊調(diào)節(jié)規(guī)則，并通過閾值判斷，在系統(tǒng)偏差較大時采用增量式模糊調(diào)節(jié)，偏差較小時采用PID調(diào)節(jié)，實現(xiàn)兩種調(diào)節(jié)方法的優(yōu)勢互補(bǔ)，縮短系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間，提高系統(tǒng)的魯棒性。仿真及測試結(jié)果表明，量程220g、感量0．1mg的電子分析天平應(yīng)用模糊自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)方法，各載荷點示值誤差≤± 0．3mg，穩(wěn)定時間≤3s，優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)《JJG1036—2008電子天平檢定規(guī)程》規(guī)定的I級天平示值誤差指標(biāo)。

  關(guān)鍵詞: 電子分析天平;平衡調(diào)節(jié);增量式模糊調(diào)節(jié);模糊自適應(yīng)PID;魯棒性

  1 下文中，奧豪斯儀器（上海）有限公司對電子分析天平的工作原理與數(shù)學(xué)建模進(jìn)行分析。

  1.1 電子分析天平的工作原理

  傳統(tǒng)脈寬調(diào)制式電子分析天平的平衡調(diào)節(jié)采用硬件PID電路。電磁力平衡傳感器與調(diào)節(jié)電路共同構(gòu)成電子分析天平的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。系統(tǒng)在物體加載前處于杠桿平衡狀態(tài)。加載物體后，載荷產(chǎn)生的力矩使橫梁偏轉(zhuǎn)，橫梁上的遮光片向上移動，光敏二極管D2、D3感應(yīng)到發(fā)光管D1發(fā)出的光，產(chǎn)生電流信號(即光電檢測信號)，并經(jīng)I /V轉(zhuǎn)換和PID調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電壓量輸出，該電壓量與固定的鋸齒波信號通過比較器后輸出一個脈寬調(diào)制信號，以此控制晶體管Q的開關(guān)，使得流經(jīng)線圈的電流隨PWM寬度的變化而成比例地變化( I0為恒流源產(chǎn)生，可認(rèn)為不變)。通電線圈在永磁體磁場作用下產(chǎn)生電磁力F，使橫梁反向偏轉(zhuǎn)，帶動遮光片向下移動，光電檢測信號隨之減小。但由于PID積分環(huán)節(jié)的存在，PID調(diào)節(jié)器的輸出電壓仍繼續(xù)增大，從而使流經(jīng)線圈的電流繼續(xù)增大。分析天平的平衡調(diào)節(jié)性能。將增量式模糊調(diào)節(jié)和PID調(diào)節(jié)有機(jī)融合于電子天平的平衡調(diào)節(jié)，通過閾值判斷，合理完成2種調(diào)節(jié)方式的切換，既能發(fā)揮模糊調(diào)節(jié)快速、靈活及魯棒性強(qiáng)的優(yōu)點，又能發(fā)揮PID調(diào)節(jié)精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點，兼顧電子分析天平靜態(tài)、動態(tài)性能指標(biāo)，解決快速性與穩(wěn)定性難以兼顧的問題，實現(xiàn)天平的快速、準(zhǔn)確稱量。