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摘要:本文介绍了一种PWM结合数字PID算法在液体流量变量控制系统中的应用方案,系统以AVR单片机atmega32为核
) U* M4 }9 p; A& Z$ N5 i8 W心,以比例电磁阀为控制对象,利用atmega32 的PWM功能,采用数字PID调节实现液体流速闭环控制。仿真结果表明采用3 l4 F. C4 i6 s1 F, s8 O% n
PWM和数字PID控制液体流速具有良好的动态稳态性,从而证明了这种设计的合理性和优越性。
8 j8 I& P% v" s+ J2 O2 n m2 ]关键词:AVR单片机; PWM; PID;比例电磁阀
5 K. w8 x! d& P4 ~: ^9 o3 E' K3 y1引言
5 d$ V1 V2 O. o6 V液体流量控制通常采用电磁阀实现,近年来，电磁阀的结构! T) c- j/ k( [4 ~8 W# s
和控制方式发生了很大的变化，随着计算机进人控制领域,以及- m2 I+ P( i/ Z5 c" M& i! k* y5 x
新型的电力电子功率元器件的不断出现，使采用全控制的开关) K$ B" C4 K! D6 r7 q" ^ C
功率元件进行脉宽调制(pulse width modulation ,简称PWM)控制0 C1 M. h5 i0 q; y) [9 H
方式得到了广泛的应用。这种控制方式很容易在单片机中实现，
4 q1 Y* b2 c# S从而为电磁阀的控制数字化提供了契机。" F) q) V6 ^! r; S. N4 f
将偏差的比例(proportion)积分(integra)、微分iferenta)通
' ~) c9 |: g: e8 Y过线性组合构成控制量,用这-控制量对被控对象进行控制,0 Z b% z8 W( w+ _: s
这样的控制器称PID控制器。PID 控制器最早出现在模拟控制
5 h. i$ g+ _1 Q- C- |; x# w系统中,传统的模拟PID控制器是通过硬件(电子元件、气动和! I4 O5 f2 @7 ]' `
液压元件)来实现它的功能。随着计算机的出现,把它移植到计
. n) V( q: X- S3 O" Y算机控制系统中来,将原来的硬件实现的功能用软件来代替,因，# c9 L- A) V* {7 ]4 W4 n/ g5 D, f, I" s
此称作数字PID控制器,所形成的一整套算法则称作数字PID5 a+ U) C+ X ^. V9 Z5 A& S
算法。数字PID挖制器与模拟PID控制器相比,具有非常强的0 K0 e$ z9 J9 c4 G1 H- O0 B3 |7 O
灵活性,可以根据试验和经验在线调整参数，因此可以得到更好
- h- { L7 L( h2 v' s ?的控制性能。
6 m: v) _2 h: Q9 ?' h9 ]$ |2液体流量控制系统组成
$ x& S) {, [1 t% p- J$ ]本系统采用AVR系列的atmega32单片机为核心，通过设) }1 G& a. d3 i- a7 D* S a
置atmega32的PWM控制寄存器产生脉宽可调的PWM波,对! C' x# @! }1 m+ B" f5 n
比例电磁阀的输人电压进行调制,从而实现了对液体流量的变, |4 N- l" @' g6 p* L% L, ^$ T
量控制。单片机统过涡轮流量计采集实际流量信号,根据该信( s0 U' t' _4 O3 l+ m
号在其内部采用数字PID算法对PWM控制寄存器的值进行修
5 m& T T3 G6 u1 C4 M4 u7 `, f S* {. x w- n
改,从而达到精确的变量控制。为了防止外界干扰信号进人控制, B* ~6 ^5 C2 v! m, k5 G1 Z% {9 e
系统,单片机和涡轮之间采用光藕隔离,提高了系统的可靠性。
4 j8 g% ?" S. i! O% _3 k" ~( P温度传感器和压力传感器用来做监测喷杆中的压力和温度。通, J" p$ J a7 B3 a6 X" w, J
过4*4键盘和128*64液晶模块实现人机对话，便于用户操作。! j/ y) H# d6 B4 Y
系统原理图如图2-1所示:
+ [! @1 S( q5 r+ k- `, X图2-1% L0 o% ]' C+ q8 z* |
3硬件部分. c k% X3 R( S% s* m7 u8 N
3.1 PWM驱动电路+ X& ^0 \7 Z) q- H, h5 ]5 p) C4 K
单片机输出的PWM脉冲信号分别经7406和7407输人到- r9 I- r8 p, d2 r" N+ |4 ~
Q1,Q2的C极,在每个PWM周期的高电平区间,Q1导通,Q2
! b( E/ B4 D8 J/ W, b' a截止,电磁阀导通。在每个PWM周期的低电平区间,Q1截止从8 A9 ~; w C" C! e
而切断了电源，电磁阀的感应电动势经Q2内部续流二极管形
+ B" x3 }" L$ I" |4 R2 k成回路。此时Q2的G极为高电平但是由于二极管的钳位作用: f% u/ D% o. y2 ] x- R
使开关二极管关闭，因此通过调整单片机的PWM波就可以实" ]* L' D+ A6 o9 z- z
6 n8 @4 u0 Z! G2 s5 F* j0 a
& l8 M! V8 K2 X0 P' M; S
x; Y- h) A% m0 `4 H- o附件下载：' z$ r9 P5 D9 t3 }# q3 |
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发表于 2020-4-22 09:57
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