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深海環(huán)境模擬實(shí)驗裝置壓力控制系統設計
作者：
時(shí)間：2012-05-24
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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1)內部PWM各項參數的確定
內部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)
本系統選用的CTR為1 800 PF，RTR為22 kΩ，據式(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VsawL≤VSP≤VsawH時(shí)占空比P與VSP的大小成線(xiàn)性：
P=(VSP-Vsawl)／(VsawH-VsawL) (5)
因此只需改變VSP的大小就可以對電機進(jìn)行線(xiàn)性無(wú)極調速。
2)電機轉一周FG脈沖個(gè)數的確定
泵站采用的無(wú)刷直流電機有4對磁極，電機轉一周FG脈沖個(gè)數為12個(gè)脈沖。
3)電荷泵外部電路參數確定
為了打開(kāi)橋臂IGBT功率驅動(dòng)開(kāi)關(guān)，必須先提升門(mén)極電壓才能打開(kāi)，ECN30206內部有電荷泵電路，用戶(hù)只需設定外部電路各器件參數即可。電容的大小決定了充電時(shí)間，即決定了IGWT驅動(dòng)開(kāi)關(guān)管打開(kāi)的時(shí)間，因此不能過(guò)大，否則打開(kāi)時(shí)間過(guò)長(cháng)造成事故，這里電容都選為1μF。
4)負壓及過(guò)流保護
當ECN30206檢測到VCC引腳電壓小于12 V時(shí)所有的IGBT功率驅動(dòng)開(kāi)關(guān)管關(guān)閉，直到VCC大于12 V時(shí)才恢復正常工作。
電流保護是通過(guò)在下橋臂IGBT串接電阻到地GL分壓反饋到ECN30206內部過(guò)流電壓比較器實(shí)現，內部過(guò)流電壓比較器參考電壓Vref為0．5 V，這里設定最大電流值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)電路穩定的保證
為使驅動(dòng)電路穩定及提高抗干擾性，必須對各引腳進(jìn)行處理，在引腳上適當的加上拉電阻或下拉電阻，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高頻噪音的敏感性。
2．3 RS485顯示電路及通信接口電路設計
控制系統采用美國MAXIM(美信)公司的MAX7219驅動(dòng)芯片做LED數碼顯示驅動(dòng)芯片，驅動(dòng)8個(gè)8段數字LED顯示器，顯示永磁無(wú)刷直流電機的轉速、工作電流及其故障。ATmega8L內部集成了一串通信模塊，因此在外圍擴展一RS485接口驅動(dòng)芯片即可以進(jìn)行通信，這里系統采用的是MAXIN公司的MAX487作為驅動(dòng)芯片，在具體應用時(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)也節約了系統的I／O口。顯示電路及通信接口電路是比較常見(jiàn)的通用電路，由于篇幅有限這里不做詳細介紹。
3 控制系統軟件程序設計
控制系統硬件電路設計完成后需要進(jìn)行軟件編制工作。系統的軟件設計具體體現了系統的技術(shù)要求，是整個(gè)系統控制規律的邏輯實(shí)現。
本控制系統軟件設計采用前后臺系統，即系統由一個(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(RTOS)，提高單片機CPU的使用率。主程序由系統初始化轉子轉速計算和轉速PID閉環(huán)控制組成，完成系統的大部分功能任務(wù)；中斷程序主要對中斷時(shí)間進(jìn)行檢測并通知主程序進(jìn)行相應處理，完成必要的實(shí)時(shí)性功能，從而節省CPU的時(shí)間，使程序各部分功能可靠地運行；中斷程序主要用來(lái)串行中斷接收上位機發(fā)來(lái)的轉速設定值、定時(shí)中斷檢測電流及顯示轉速值和相關(guān)故障。
3．1 轉速數字PID閉環(huán)控制程序設計
為實(shí)現電機轉速跟隨給定值變化，控制系統采用PID算法對轉速進(jìn)行閉環(huán)控制。確定PID算法的各參數后，用Atmega8L單片機實(shí)現比較簡(jiǎn)單，在程序中定義一個(gè)結構體變量存放用戶(hù)設定轉速值、當前轉速值、前次誤差值、當前誤差值、累計誤差值、比例常數、積分常數和微分常數，結構體定義源程序如下：
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)現閉環(huán)轉速控制，其中隨著(zhù)采樣次數的增加，累計誤差也將會(huì )飽和溢出，所以必須進(jìn)行抗飽和處理。
3．2 聯(lián)機通信程序設計
電機的轉速設置可以通過(guò)調節精密電位器，然后將電壓值模數轉換，根據模數轉換值改變PWM的占空比，改變驅動(dòng)器輸入電壓VSP；也可以通過(guò)控制系統與上位機通過(guò)RS485總線(xiàn)通信實(shí)現，直接由上位機發(fā)送速度值，通過(guò)上位機還可以根據不同型號的電機設定不同的電流保護值，同時(shí)控制系統可以將運行及故障信息反饋給上位機，供上位機參考。
4 結論
1)采用以Atmega8L單片機為核心的主控電路、以ECN30206為核心的驅動(dòng)電路、以Max7219為核心的顯示電路，三部分相互獨立，可單獨選用，滿(mǎn)足不同場(chǎng)合的需求，又可組成一閉環(huán)控制系統。
2)設計的壓力控制系統可以保證深海環(huán)境模擬系統壓力精確穩定控制，并可以實(shí)現連續可調。
3)該系統也可為其他壓力控制系統提供有益的參考。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/186362.htm
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