高海拔低壓低氧實驗艙模型建立及其控制方式研究

車守全，盧劍鋒，王一達，劉 柱

（貴州大學機械工程學院，貴州 貴陽 550025）

1 引言

低壓低氧實驗艙是模擬不同高度低壓低氧環境的大型設備，用于航空設備檢驗、飛行員和高原軍隊人員訓練、高原醫學實驗等，模擬高度通常在2500 米以上。在我國西部地區，大部分省份處在高原地帶，高原急慢性病的研究關系著高原地區經濟發展和民眾健康水平[1-2]，低壓低氧艙為高原醫學的研究提供了環境模擬。國內關于低壓低氧艙的研究從21 世紀初就開始，但是大多進行了結構設計，針對低壓艙的數學模型，以及在建立的數學模型上的現代控制方式的研究比較缺乏，多數依靠以往經驗，控制精度不夠。通過數學推導和實驗擬合研究了低壓低氧艙各個環節數學模型，得到系統整個系統的數學模型，在模型基礎上采用串級PID 的控制方式，組成雙閉環PID 控制過程，通過matlab 仿真控制過程，顯示控制過程有很好的響應性和精度。最后通過實驗驗證了模型和控制方式的可行性。

2 系統概述

低壓低氧實驗艙組成，如圖1 所示。

圖1 實驗艙結構圖Fig.1 Structure of the Test Cabin

進氣口與大氣接通，電磁閥和電動調節閥控制進氣的接通和進氣量。水環式真空泵用于抽出艙內氣體。通過控制抽氣、進氣量的差值，使艙內航空高度以特定速度上升和下降，同時，抽氣和進氣系統運行保持艙內空氣流通，副艙和主艙用艙門隔開，艙外人員可以通過副艙進行高度調節進入實驗主艙。系統上升、下降速度和艙內模擬高度以及進氣流量是系統控制主要參數，上升和下降速度過快會對艙內人員造成耳膜損壞、毛細血管破裂等嚴重后果。……