单片机控制调速采样泵的调速系统
摘要：本文提出了配置无刷直流电机的可调速气体采样泵的调速系统的单片机控制方案，由于采用了单片机作为控制系统的核心，通过软件来实现闭环调速的控制，使调速性能得到提高。通过恒载荷调速和变载荷恒速试验，表明单片机控制调速采样泵的调速系统具有良好的实用性。
关键词：单片机，调速采样泵，无刷电机，调速，数字PID调节
1、基本原理与结构
众所周知，各类气体采样泵中，直流电机气体采样泵的调速性能就性价比而言是最理想的，但普通有刷电机气泵的电刷(换向器)的寿命、维护、可靠性等问题没有得到很好解决，因此，人们一直寻求一种既具有直流电机调速性能好，又不受电刷技术限制的新型可调速的气体采样泵。
随着单片机技术的不断成熟和价廉，单片机已广泛应用于工业控制的各个环节。本文方案在触发控制和管理PID调节系统中都利用了单片机技术，本方案的结构框图如图所示。管理／PID调节单片机系统用于键盘的输入输出和显示输出管理，以及调速算法的实现。调速算法的输入量为调速气泵的FG反馈脉冲信号，调速算法的输出为用于控制泵转速的PWM信号。
2、调速系统
本系统的速度调节环采用数字PID调节，是一个双闭环调节系统，调速控制单片机根据气体采样泵反馈的FG信号来确定转速变量，计算出相应的误差量和控制量来控制单片机系统输出的PWM占空比，实现调速气泵的调速、修正。速度调节环能实现气体采样泵电机转速迅速、准确地跟随给定转速的变化，并使气泵电机转速不受其它因素的干扰影响。电流调节环使电机转速不受负荷变化的影响。
3、性能测试
为了验证上述调速系统的各项性能，采用VLK4506（进口完整版）调速气泵与系统相连，测试了在不同负载情况下的该气体采样泵的性能。所用调速采样泵VLK4506的参数如下：电源，直流12V，空载峰值流量6L/min，极限真空度45KPa，制造商：成都气海机电（因气海的调速采样泵在高端领域使用非常广泛，故而采用它测试。目前还未见国外品牌有配置无刷电机并且带PWM调速和FG反馈信号的气体采样泵）。
3.1、恒负载调速
在恒负载情况下，气体采样泵的转速能平稳地调节到设定转速(由键盘设定)，测试中可变速范围为500rpm到2400rpm。快速拉升和快速下降(转速变化在200转/10秒以上)时，达到设定转速时，转速波动2～4次后进入恒速(设定转速)。在平稳拉升和下降(转速变化在200rpm以下)时，基本上没有转速波动现象。
3.2、变负载稳速
在气体采样泵转速设定值不变的情况下，改变负载大小，泵速的稳定性能良好。在负荷平稳变化(每10秒内平稳增加或减少当前载荷的100％)的情况下，转速波动在2％以内；在负荷突变(每秒内增加或减少当前载荷的50％)的情况下，转速波动在5％以内。
FGW-2014-08
摘要：本文提出了配置无刷直流电机的可调速气体采样泵的调速系统的单片机控制方案，由于采用了单片机作为控制系统的核心，通过软件来实现闭环调速的控制，使调速性能得到提高。通过恒载荷调速和变载荷恒速试验，表明单片机控制调速采样泵的调速系统具有良好的实用性。
关键词：单片机，调速采样泵，无刷电机，调速，数字PID调节
1、基本原理与结构
众所周知，各类气体采样泵中，直流电机气体采样泵的调速性能就性价比而言是最理想的，但普通有刷电机气泵的电刷(换向器)的寿命、维护、可靠性等问题没有得到很好解决，因此，人们一直寻求一种既具有直流电机调速性能好，又不受电刷技术限制的新型可调速的气体采样泵。
随着单片机技术的不断成熟和价廉，单片机已广泛应用于工业控制的各个环节。本文方案在触发控制和管理PID调节系统中都利用了单片机技术，本方案的结构框图如图所示。管理／PID调节单片机系统用于键盘的输入输出和显示输出管理，以及调速算法的实现。调速算法的输入量为调速气泵的FG反馈脉冲信号，调速算法的输出为用于控制泵转速的PWM信号。
2、调速系统
本系统的速度调节环采用数字PID调节，是一个双闭环调节系统，调速控制单片机根据气体采样泵反馈的FG信号来确定转速变量，计算出相应的误差量和控制量来控制单片机系统输出的PWM占空比，实现调速气泵的调速、修正。速度调节环能实现气体采样泵电机转速迅速、准确地跟随给定转速的变化，并使气泵电机转速不受其它因素的干扰影响。电流调节环使电机转速不受负荷变化的影响。
3、性能测试
为了验证上述调速系统的各项性能，采用VLK4506（进口完整版）调速气泵与系统相连，测试了在不同负载情况下的该气体采样泵的性能。所用调速采样泵VLK4506的参数如下：电源，直流12V，空载峰值流量6L/min，极限真空度45KPa，制造商：成都气海机电（因气海的调速采样泵在高端领域使用非常广泛，故而采用它测试。目前还未见国外品牌有配置无刷电机并且带PWM调速和FG反馈信号的气体采样泵）。
3.1、恒负载调速
在恒负载情况下，气体采样泵的转速能平稳地调节到设定转速(由键盘设定)，测试中可变速范围为500rpm到2400rpm。快速拉升和快速下降(转速变化在200转/10秒以上)时，达到设定转速时，转速波动2～4次后进入恒速(设定转速)。在平稳拉升和下降(转速变化在200rpm以下)时，基本上没有转速波动现象。
3.2、变负载稳速
在气体采样泵转速设定值不变的情况下，改变负载大小，泵速的稳定性能良好。在负荷平稳变化(每10秒内平稳增加或减少当前载荷的100％)的情况下，转速波动在2％以内；在负荷突变(每秒内增加或减少当前载荷的50％)的情况下，转速波动在5％以内。
FGW-2014-08
