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
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
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。
关键词:AVR单片机; PWM; PID;比例电磁阀
+ n4 @* R( }; C! Z" }7 h* {, I1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
- G3 x: z5 \6 R$ D/ P. {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
% D' t  t8 q% t/ V8 T% Q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
7 [  X( E$ ]7 x4 d& k功率元件进行脉宽调制(pulse width modulation ,简称PWM)控制
# f! ^! ^& `0 ]7 ^3 x& _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。
* n+ n4 g  \3 Z# V( A. [, v2 R将偏差的比例(proportion)积分(integra)、微分iferenta)通
3 P) }6 C/ E2 H+ G+ Y9 m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
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
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，
$ n8 X* w# ~5 ^/ }$ M5 X; p9 Y$ d此称作数字PID控制器,所形成的一整套算法则称作数字PID
" W5 d( ^1 u' _) V* y) M6 F$ Q算法。数字PID挖制器与模拟PID控制器相比,具有非常强的
0 s( U* D" b3 ^, {2 K) x) {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
7 u0 V. ]  M4 d: Q2 G" ~的控制性能。
! L2 D: I5 x: ^+ S& N. m3 R/ ~2液体流量控制系统组成
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
8 G, Y: P+ A7 f$ J) s, B& u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
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

2 |) ~7 n5 V4 y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
$ z+ k' \( C5 j7 F8 @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。
6 H2 ]7 N5 U, U4 i/ E0 C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
过4*4键盘和128*64液晶模块实现人机对话，便于用户操作。
系统原理图如图2-1所示:
' F) R% E0 U2 _- l) D9 S图2-1
3硬件部分
3.1 PWM驱动电路
1 f- S3 s0 y) l9 Z# n单片机输出的PWM脉冲信号分别经7406和7407输人到
Q1,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
2 r) o; z8 A3 ]( u9 V7 [3 p0 x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
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

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lindeijun1

谢谢楼主分享！！！