基于单片机PID和PWM液体流量控制系统研究

BillScot2

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
5 X5 f1 o# t. c5 m0 M3 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
0 ~7 h7 i$ s3 D9 `. q$ ?! U# pPWM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。
关键词:AVR单片机; PWM; PID;比例电磁阀
1引言
液体流量控制通常采用电磁阀实现,近年来，电磁阀的结构
% z5 S5 i. z- T9 F" Q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
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
6 Y* e( W3 Z' I1 {* N6 B" p  ^% K功率元件进行脉宽调制(pulse width modulation ,简称PWM)控制
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，
从而为电磁阀的控制数字化提供了契机。
将偏差的比例(proportion)积分(integra)、微分iferenta)通
! V4 b7 A( F/ ]* R过线性组合构成控制量,用这-控制量对被控对象进行控制,
这样的控制器称PID控制器。PID 控制器最早出现在模拟控制
系统中,传统的模拟PID控制器是通过硬件(电子元件、气动和
0 n, b- P9 l0 c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
3 m' v6 P, V( U. x* G; m% E/ @. z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，
此称作数字PID控制器,所形成的一整套算法则称作数字PID
( x: R/ @; o+ j# V算法。数字PID挖制器与模拟PID控制器相比,具有非常强的
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
的控制性能。
2液体流量控制系统组成
" L- F4 U7 e# t  i( _; j本系统采用AVR系列的atmega32单片机为核心，通过设
置atmega32的PWM控制寄存器产生脉宽可调的PWM波,对
* a' ?* o  Q' \1 D% ]0 q5 j) g% H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
% P7 r2 v+ y! K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
号在其内部采用数字PID算法对PWM控制寄存器的值进行修

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
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。
  B! {) H6 C/ p% A) e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
8 f0 @* X+ s" n过4*4键盘和128*64液晶模块实现人机对话，便于用户操作。
* ]" t6 s3 w; l$ q7 n系统原理图如图2-1所示:
6 ?4 m: `7 m! ]3 e( q' `, S9 O图2-1
5 l" F& E1 f& g, M+ N3硬件部分
3.1 PWM驱动电路
+ B! N6 e" v! K" m+ y1 E  y单片机输出的PWM脉冲信号分别经7406和7407输人到
' ^: M3 B# d- q* sQ1,Q2的C极,在每个PWM周期的高电平区间,Q1导通,Q2
截止,电磁阀导通。在每个PWM周期的低电平区间,Q1截止从
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
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
4 q, s: p4 F& c6 O8 Y; ?% o% E使开关二极管关闭，因此通过调整单片机的PWM波就可以实
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Monika

为了防止外界干扰信号进人控制系统,单片机和涡轮之间采用光藕隔离,提高了系统的可靠性。

alex824

感谢楼主分享 非常有帮助

lindeijun1

谢谢楼主分享！！！