深海環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)裝置壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
加入技術(shù)交流群
1)內(nèi)部PWM各項(xiàng)參數(shù)的確定
內(nèi)部PWM波的頻率由聲表面振蕩器(SAW)、11腳接的電容CTR和12腳接電阻RTR確定，如式：
fpwm=0．494／(CTRxRTR) (4)
本系統(tǒng)選用的CTR為1 800 PF，RTR為22 kΩ，據(jù)式(4)可得PWM頻率為12．5 kHz。
PWM占空比由13腳輸入的模擬電壓VSP確定。當(dāng)VSP的值小于聲表面振蕩器幅值的最小值Vsawl時(shí)，PWM占空比為0％，所有的IGBT管都將關(guān)閉；當(dāng)VSP的值大于聲表面振蕩器的最大值VsawH時(shí)，PWM占空比為100％；當(dāng)VsawL≤VSP≤VsawH時(shí)占空比P與VSP的大小成線性：
P=(VSP-Vsawl)／(VsawH-VsawL) (5)
因此只需改變VSP的大小就可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行線性無極調(diào)速。
2)電機(jī)轉(zhuǎn)一周FG脈沖個(gè)數(shù)的確定
泵站采用的無刷直流電機(jī)有4對(duì)磁極，電機(jī)轉(zhuǎn)一周FG脈沖個(gè)數(shù)為12個(gè)脈沖。
3)電荷泵外部電路參數(shù)確定
為了打開橋臂IGBT功率驅(qū)動(dòng)開關(guān)，必須先提升門極電壓才能打開，ECN30206內(nèi)部有電荷泵電路，用戶只需設(shè)定外部電路各器件參數(shù)即可。電容的大小決定了充電時(shí)間，即決定了IGWT驅(qū)動(dòng)開關(guān)管打開的時(shí)間，因此不能過大，否則打開時(shí)間過長(zhǎng)造成事故，這里電容都選為1μF。
4)負(fù)壓及過流保護(hù)
當(dāng)ECN30206檢測(cè)到VCC引腳電壓小于12 V時(shí)所有的IGBT功率驅(qū)動(dòng)開關(guān)管關(guān)閉，直到VCC大于12 V時(shí)才恢復(fù)正常工作。
電流保護(hù)是通過在下橋臂IGBT串接電阻到地GL分壓反饋到ECN30206內(nèi)部過流電壓比較器實(shí)現(xiàn)，內(nèi)部過流電壓比較器參考電壓Vref為0．5 V，這里設(shè)定最大電流值Imax為1 A，則RS的值為：
Rs=Vref／Imax (6)
將Imax=1 A，Vref=0．5 V代入式(6)得RS為0．5 Ω，這里選用康銅絲。
5)電路穩(wěn)定的保證
為使驅(qū)動(dòng)電路穩(wěn)定及提高抗干擾性，必須對(duì)各引腳進(jìn)行處理，在引腳上適當(dāng)?shù)募由侠娮杌蛳吕娮?，在高輸入阻抗的引腳處加上高頻旁路電容以消除高輸入阻抗引腳對(duì)高頻噪音的敏感性。
2．3 RS485顯示電路及通信接口電路設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)采用美國MAXIM(美信)公司的MAX7219驅(qū)動(dòng)芯片做LED數(shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)8個(gè)8段數(shù)字LED顯示器，顯示永磁無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速、工作電流及其故障。ATmega8L內(nèi)部集成了一串通信模塊，因此在外圍擴(kuò)展一RS485接口驅(qū)動(dòng)芯片即可以進(jìn)行通信，這里系統(tǒng)采用的是MAXIN公司的MAX487作為驅(qū)動(dòng)芯片，在具體應(yīng)用時(shí)將芯片的RE和DE兩個(gè)使能端接在一起，使MAX487處于某一確定的狀態(tài)，同時(shí)也節(jié)約了系統(tǒng)的I／O口。顯示電路及通信接口電路是比較常見的通用電路，由于篇幅有限這里不做詳細(xì)介紹。
3 控制系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)完成后需要進(jìn)行軟件編制工作。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)具體體現(xiàn)了系統(tǒng)的技術(shù)要求，是整個(gè)系統(tǒng)控制規(guī)律的邏輯實(shí)現(xiàn)。
本控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用前后臺(tái)系統(tǒng)，即系統(tǒng)由一個(gè)死循環(huán)程序加多個(gè)中斷服務(wù)子程序組成，任務(wù)比較多時(shí)，用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)，提高單片機(jī)CPU的使用率。主程序由系統(tǒng)初始化轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速計(jì)算和轉(zhuǎn)速PID閉環(huán)控制組成，完成系統(tǒng)的大部分功能任務(wù)；中斷程序主要對(duì)中斷時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)并通知主程序進(jìn)行相應(yīng)處理，完成必要的實(shí)時(shí)性功能，從而節(jié)省CPU的時(shí)間，使程序各部分功能可靠地運(yùn)行；中斷程序主要用來串行中斷接收上位機(jī)發(fā)來的轉(zhuǎn)速設(shè)定值、定時(shí)中斷檢測(cè)電流及顯示轉(zhuǎn)速值和相關(guān)故障。
3．1 轉(zhuǎn)速數(shù)字PID閉環(huán)控制程序設(shè)計(jì)
為實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速跟隨給定值變化，控制系統(tǒng)采用PID算法對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制。確定PID算法的各參數(shù)后，用Atmega8L單片機(jī)實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，在程序中定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體變量存放用戶設(shè)定轉(zhuǎn)速值、當(dāng)前轉(zhuǎn)速值、前次誤差值、當(dāng)前誤差值、累計(jì)誤差值、比例常數(shù)、積分常數(shù)和微分常數(shù)，結(jié)構(gòu)體定義源程序如下：
按照PID控制算法編制控制程序，控制定時(shí)器T2的PWM波占空比從而改變VSP電壓值的大小實(shí)現(xiàn)閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制，其中隨著采樣次數(shù)的增加，累計(jì)誤差也將會(huì)飽和溢出，所以必須進(jìn)行抗飽和處理。
3．2 聯(lián)機(jī)通信程序設(shè)計(jì)
電機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)置可以通過調(diào)節(jié)精密電位器，然后將電壓值模數(shù)轉(zhuǎn)換，根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換值改變PWM的占空比，改變驅(qū)動(dòng)器輸入電壓VSP；也可以通過控制系統(tǒng)與上位機(jī)通過RS485總線通信實(shí)現(xiàn)，直接由上位機(jī)發(fā)送速度值，通過上位機(jī)還可以根據(jù)不同型號(hào)的電機(jī)設(shè)定不同的電流保護(hù)值，同時(shí)控制系統(tǒng)可以將運(yùn)行及故障信息反饋給上位機(jī)，供上位機(jī)參考。
4 結(jié)論
1)采用以Atmega8L單片機(jī)為核心的主控電路、以ECN30206為核心的驅(qū)動(dòng)電路、以Max7219為核心的顯示電路，三部分相互獨(dú)立，可單獨(dú)選用，滿足不同場(chǎng)合的需求，又可組成一閉環(huán)控制系統(tǒng)。
2)設(shè)計(jì)的壓力控制系統(tǒng)可以保證深海環(huán)境模擬系統(tǒng)壓力精確穩(wěn)定控制，并可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)。
3)該系統(tǒng)也可為其他壓力控制系統(tǒng)提供有益的參考。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/186362.htm
評(píng)論