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
6 ^0 g' O  i, Y" j; ^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。
: v2 v" T- j3 G  f8 t: D5 @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
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
. Q# M9 S2 V: ^7 s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
功率元件进行脉宽调制(pulse width modulation ,简称PWM)控制
! {! u1 H7 V' j  A1 K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
( P; O6 g9 a) [% L! {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 h# h9 V2 v- w5 _/ j7 f; X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
7 ^3 e8 c. L! i9 `. t) n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，
此称作数字PID控制器,所形成的一整套算法则称作数字PID
& Y; Q1 r9 b: u算法。数字PID挖制器与模拟PID控制器相比,具有非常强的
' A/ H: |3 n; p! ]! L: k$ c( `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 g& \7 S; d0 M" _的控制性能。
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
; M$ ]/ ^4 n9 X置atmega32的PWM控制寄存器产生脉宽可调的PWM波,对
$ F6 ]8 s  U) W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

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
# R( f- k- g" G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。
8 P2 N5 Y4 d0 S. r9 d- I0 c$ t0 V9 O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. Z9 d5 w- t7 p" d4 n图2-1
4 R- `  A0 p. u" e0 |3硬件部分
3.1 PWM驱动电路
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
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

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