為解決存在的問題，針對科氏流量計驅動系統的特點，引入模糊PD控制技術[6]，設計了科氏流量計驅動系統模糊PD控制器進行驅動增益控制，以改善測量管振動控制性能，并利用MATLAB中的FuzzyLogicToolbox和Simulink工具進行了計算機仿真比較。

    1 科氏流量計驅動系統分析

    1.1 驅動系統的組成及工作原理

   驅動系統是科氏流量計的一個重要組成部分，它的主要任務是從速度傳感器中取出信號，經過必要的處理，產生驅動信號送到激勵線圈，使測量管以其固有頻率和穩定的振幅持續振動[4]。經典的科氏流量計驅動電路結構示意圖[7]如圖1所示。
 
  其工作原理為：安裝在測量管上的磁電式速度傳感器提取測量管的振動信號，先經過一個電壓跟隨電路以提高帶負載能力，然后進行初步放大，得到的信號進入濾波電路，濾波后分為2路，一路經過精密整流電路產生與傳感器信號幅度成比例的近似為恒定值的直流信號，該直流信號作為直流增益控制信號。從直流增益控制電路出來的信號與另一路濾波后的傳感器信號相乘，相乘得到的信號經過電壓放大及功率放大后產生驅動信號，送到激勵線圈，對測量管進行驅動，使它以固有頻率和穩定的振幅持續振動。

 為實現科氏流量計的測量原理，測量管必須維持穩定的諧振狀態，這是通過驅動系統的自激振蕩來實現的。驅動系統的自激振蕩須遵循嚴格的閉環自激的相位條件和幅度條件，在此系統中由于采用速度傳感器相位條件自動滿足，幅度條件是通過直流增益控制電路，即驅動增益控制電路來實現的[3，5]。當流體密度變化時，振動系統的固有頻率會發生變化，由于系統的自激特性，振動頻率能夠自動跟蹤固有頻率的變化[3]。

  1.2 驅動增益控制分析

   科氏流量計測量管的特性由于受流體質量流量Qm、介質密度ρ、介質阻尼ζ及環境溫度等因素的影響，其模型是相當復雜并難以預測的[5]。驅動系統的自動增益控制環節，是一個相對復雜的非線性時變環節，要求在不同的工作階段適時調整驅動信號的增益，以滿足驅動系統閉環自激的幅度條件，實現系統的自激振蕩并維持測量管的穩幅振蕩。傳統的驅動增益控制主要采用以P算法和PI算法為基礎的常規PD控制算法[3-5]，但其綜合控制效果并不是很好，不同程度地存在起振時間較長、超調較大、起振后振動不穩定等問題。在相對比較惡劣的情況下，比如空管中批料的開始和結束時以及兩相流時，系統阻尼顯著變化，測量管的振幅也會相應變化。此時，*常見的結果是流量計停止振蕩，測量數據無法產生[2]。為減小這些過渡過程的影響，要求驅動信號幅度能快速變化，使測量管盡快恢復穩幅振蕩。因此，采用適當的驅動增益控制方式，提高控制系統起振性能和追蹤測量管振動幅度變化的能力，可以有效減少過渡過程影響，提高測量**性。

   模糊PD控制技術綜合模糊控制技術和PD控制技術的優點，可以得到一個兼具模糊控制快速性和常規PD控制消除穩態誤差能力的控制器，對于具有非線性、純滯后和時變特點的被控對象有較好的控制效果。因此，引入模糊PD控制技術用于具有非線性和時變性的科氏流量計驅動系統的驅動增益控制，進行給定測量管默認振幅的階躍仿真試驗，并與常規PD控制進行比較，驗證控制效果。

    2 科氏流量計驅動系統模糊PID控制器設計

    2.1 驅動增益模糊PD控制系統結構

   針對科氏流量計驅動系統具有非線性和時變性的特點，設計了基于參數自整定模糊PD控制的驅動增益自動控制系統，控制系統結構如圖2所示。

   系統輸入變量為給定的測量管穩定振蕩時的振動速度信號默認幅值R，輸出變量是精密整流后得到的測量管實際振動速度信號幅值U。模糊PD控制器由模糊控制器與PD調節器共同構成。模糊控制器以輸出幅值U和給定幅值的偏差e及其變化率ec為輸入，輸出PD調節器的3個控制參數變化量ΔKp、ΔKi、ΔKd。PD調節器比例、積分和微分3個初始控制參數分別加上變化量ΔKp、Ki、ΔKd得到實時變化的控制參數Kp、Ki、Kd，從而實現PD控制參數的在線自整定。
科氏流量計，是一種利用科里奧利（Coriolis）效應[1]直接測量流體質量流量的儀表。它的工作機理是建立在測量管振動基礎上的，在工作過程中需要驅動系統為測量管提供周期性的驅動力，使測量管以其固有頻率和穩定的振幅作周期性振動。對這個振動的控制在科氏流量計中位于極其重要的地位，是產生**測量數據的前提和基礎。現在*普遍的測量管振動控制技術是利用模擬電路組成的正反饋電路，即將傳感器信號乘以一個驅動增益后當作驅動信號輸出給激振器[2]。驅動增益控制單元，作為驅動系統的核心單元，對驅動增益進行調節以產生適當的驅動信號對測量管進行驅動，使其快速起振并建立起穩幅振蕩，是實現測量管振動控制的關鍵。