[发明专利]基于Fuzzy-PI双模无扰切换控制的热式气体质量流量计

权利要求书

1.一种基于Fuzzy-PI双模无扰切换控制的热式气体质量流量计，其特征在于，所述流量计由流量计测量杆、安装在流量计测量杆上的温度传感器恒流源模块(100)、温度传感器模块(200)、温度传感器信号调理模块(300)、速度传感器PWM驱动模块(400)、速度传感器模块(500)、速度传感器信号调理模块(600)、信号处理和主控模块(700)、环形均流板(800)组成；在温度传感器恒流源模块(100)的作用下，温度传感器模块(200)的补偿电阻R_L、精密电阻Rb分别输出电压V_L和Vb_L，电压V_L和Vb_L经温度传感器信号调理模块(300)输出至信号处理和主控模块(700)；在速度传感器PWM驱动模块(400)的驱动下，速度传感器模块(500)的速度电阻R_H、精密电阻Ra分别输出电压V_H和Va_H，电压V_H和Va_H经速度传感器信号调理模块(600)输出至信号处理和主控模块(700)；信号处理和主控模块(700)用于根据电压V_L，V_H、Va_H，推算补偿电阻R_L阻值、速度电阻R_H阻值、温度传感器的温度T_L、速度传感器的温度T_H，并根据T_HL＝T_H－T_L0≈T_H－T_L的恒温差要求，基于Fuzzy-PI双模无扰切换控制算法生成PWM控制信号，调节速度传感器PWM驱动模块(400)的输出，T_L0为被测气体的温度；速度传感器PWM驱动模块(400)以三极管Q410、三极管Q420为核心；Q410的发射极接地，基极经电阻R410与端子Point_PWM1相连，集电极经电阻R420与Q420基极相连；Q420的发射极接7.5V，集电极与端子Point_PWM2相连；信号处理和主控模块(700)输出PWM控制信号至端子Point_PWM1，高电平时Q410、Q420三极管均导通，低电平时Q410、Q420三极管均截止，PWM驱动信号经端子Point_PWM2至速度传感器模块(500)，控制速度电阻RH的温度T_H；

恒温差Fuzzy-PI双模无扰切换控制算法具体为：T_HL0为恒温差的给定值，ΔT_HL＝T_HL－T_HL0为被控变量的偏差，ΔT_HL_threshold为被控变量的偏差阈值；T_H为速度传感器的温度；T_L0为被测气体的温度，T_L为流量计温度传感器测得的被测气体温度，工程中用T_L近似T_L0；热式气体质量流量计开机时自检，测量时定时进行温度传感器恒流源的故障诊断；

Fuzzy-PI双模无扰切换控制系统包括4个单元：Fuzzy控制单元(710)、PI控制单元(720)、Fuzzy-PI判别单元(730)、无扰切换单元(740)；Fuzzy-PI判别单元(730)根据ΔT_HL绝对值的大小：若ABS(ΔT_HL)≥ΔT_HL_threshold，选择Fuzzy控制单元(710)，若ABS(ΔT_HL)＜ΔT_HL_threshold，选择PI控制单元(720)；Fuzzy控制单元(710)或PI控制单元(720)的输出至无扰切换单元(740)，无扰切换单元(740)跟踪Fuzzy-PI双模控制算法的输出值，通过限制输出量U的改变量ΔU实现无扰切换；

被测气体的管道上设置环形均流板(800)，被测气体经过环形均流板(800)整流，使气流在管道轴截面上的各点速度分布均匀，流量计测量杆位于环形均流板(800)之后；流量计测量杆上设置两个矩形测量通孔，两孔相距L≈1/3D，D为管道直径；补偿电阻R_L位于测量杆底部的测量孔，速度电阻R_H位于测量杆中部的测量孔，被测气体流经测量孔；两个矩形测量通孔用隔热的聚四氟乙烯隔离，阻断补偿电阻R_L和速度电阻R_H的热传导。