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耐磨陶瓷閥門、耐磨鑄石閥門一站式制造商
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中運(yùn)用先進(jìn)的微控制器芯片及外圍擴(kuò)展器件，設(shè)計(jì)具有良好性能的智能閥門定位器形式，對(duì)閥門的工作進(jìn)行定位置之不顧、監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)閥門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)字化進一步提升、智能化的產(chǎn)品要求空間廣闊。最終研制的產(chǎn)品要做到體積小營造一處、精度高改革創新、功能齊全、操作方便取得顯著成效。本文設(shè)計(jì)的定位器的原理結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示新模式。
1．1 微控制器及其外圍電路設(shè)計(jì)
微控制器采用的是XC164CM單片機(jī)，它是德國(guó)英飛凌公司16位微控制器系列的第四代產(chǎn)品不容忽視，具有運(yùn)算速度快組織了、穩(wěn)定性好、電磁兼容性強(qiáng)的特點(diǎn)說服力，適用于實(shí)時(shí)性搶抓機遇、可靠性要求高分析、電磁環(huán)境復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)合。C166 V2內(nèi)核采用5級(jí)指令流水線機(jī)制(外加2級(jí)預(yù)取指令流水線)全面闡釋。該機(jī)制使得XC164CM執(zhí)行絕大多數(shù)指令平均只需一個(gè)CPU時(shí)鐘周期非常激烈，大大提高了微控制器的指令執(zhí)行速度。C166 V2內(nèi)核中的高性能16位CPU內(nèi)部集成了一個(gè)乘法累加單元(MAC)引人註目。MAC單元擁有一套獨(dú)立指令集領域，使XC164CM具有16位定點(diǎn)DSP的部分功能，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成較為復(fù)雜的數(shù)字算法好宣講，例如：MAC支持單時(shí)鐘周期完成乘加運(yùn)算(16位x16位+32位)註入新的動力，并能自動(dòng)地以飽和的方式來(lái)防止計(jì)算結(jié)果的溢出。XC164CM在C166 V2內(nèi)核的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了豐富的片上外圍子系統(tǒng)，能很好的滿足汽車傳動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)各種I／O接口的需要雙重提升。
1．2 電源電路
在系統(tǒng)電路中，邏輯電路需要5V直流電壓事關全面，傳感器電路求索、A／D、D／A規模、等需要5V參考基準(zhǔn)電壓穩定發展，運(yùn)算放大器需要±12V電壓，微控制器還需要一個(gè)2．5V的內(nèi)核電壓提供深度撮合服務，而電磁閥則需要24V電壓服務品質。由于本定位器采用的是二線制低功耗設(shè)計(jì)，且定位器輸入的只是一個(gè)電流信號(hào)組成部分，因此影響，需要將4-20mA的電流變換為所需要的電壓。本實(shí)用新型中的過程中，通過電流輸入轉(zhuǎn)化的24V電壓經(jīng)過濾波電路后發展契機，提供給兩個(gè)DC／DC模塊，分別將電壓轉(zhuǎn)換為+5V和正負(fù)12V促進進步。+5V電壓經(jīng)過LM1117變換為+2．5V發力，用于微控制器的內(nèi)核供電。正負(fù)12V用于給運(yùn)放供電迎來新的篇章。其中正12V還用于產(chǎn)生+5V參考電壓提供給A／D轉(zhuǎn)換電路共創美好。
1．3 信號(hào)調(diào)理及ADC電路
圖2為4～20mA電流信號(hào)調(diào)理電路。4～20mA信號(hào)流過120歐姆的精密采樣電阻薄弱點，轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)覆蓋範圍。再通過儀用放大器LT1920，輸出給ADC芯片MCP3204積極性。二極管D1可以防止電流反接奮勇向前。D7是一個(gè)TVS管不斷豐富，起著過壓保護(hù)的作用。扼流圈用于抑制共模干擾組建。R12創新的技術，R21，C10顯著，C11快速增長，C12構(gòu)成一個(gè)低通濾波網(wǎng)絡(luò)，用于濾除高頻干擾占「哔|量？梢钥闯觯娐分屑扔泄材V波(R12／C10激發創作，R21／C12)前景，又有差模濾波(R12+R21，C11)進行探討。濾波器的總帶寬至少應(yīng)為輸入信號(hào)帶寬的100倍落到實處。元件應(yīng)對(duì)稱安裝在具有大面積接地面的印制電路板上，并且位置十分靠近儀用放大器的輸入端最新，以使濾波器達(dá)到最佳性能技術創新。共模濾波的時(shí)間常數(shù)可以按如下計(jì)算：TCM=R12*C10=R21*C12。差模濾波的時(shí)間常數(shù)可以按如下公式計(jì)算：TDIFF=(R12+R21)*C11重要作用。
LT1920是LINEAR公司的一款高精度儀用放大器持續向好。儀用放大器是一種具有差分輸入和其輸出相對(duì)于參考端為單端輸出的閉環(huán)增益單元。輸入阻抗呈現(xiàn)為對(duì)稱阻抗且具有較大的數(shù)值充足。與由接在反相輸入端和輸出端之間的外部電阻決定的閉環(huán)增益運(yùn)算放大器不同進展情況，儀用放大器使用一個(gè)其信號(hào)和輸入端隔離的內(nèi)部反饋電阻網(wǎng)絡(luò)。其增益可由外部電阻設(shè)定綠色化發展，典型值為1～10000至關重要。LT1920是一款低功耗、高精度的儀用放大器用上了。
閥門的實(shí)際開度反饋信號(hào)來(lái)自于傳感器接口電路提升行動。傳感器采用的是高性能的導(dǎo)電塑料精密電位器，是具有較高分辨能力的可靠保障、高可靠性的經(jīng)濟(jì)類型產(chǎn)品自然條件。傳感器輸入5V參考電壓設計標準，輸出反饋電壓信號(hào)開展。傳感器相當(dāng)于一個(gè)電位器，通過電阻進(jìn)行分壓發揮重要帶動作用，所以反饋電壓信號(hào)和閥門開度是線性的對(duì)應(yīng)關(guān)系意向。
圖3為ADC電路意料之外，其中AD轉(zhuǎn)換芯片采用Microchip公司的12位精密ADC芯片MCP3204。MCP3204通過SSC串口和XC164CM通信形式。MCP3204共有4個(gè)模擬量轉(zhuǎn)換通道置之不顧，分別用來(lái)轉(zhuǎn)換閥位反饋值、電壓設(shè)定值數字化、電流設(shè)定值等模擬量方便。
1．4 DAC電路
在定位器的工作中，對(duì)閥門的實(shí)際開度除了要求進(jìn)行LCD顯示外各領域，有時(shí)還需要將閥門實(shí)際開度的模擬電流量送回到控制中心應用領域。位置變送器采用的是高性能導(dǎo)電塑料電位器，它送來(lái)的閥位反饋信號(hào)經(jīng)過微處理器進(jìn)行處理后深入闡釋，需要再經(jīng)過D／A轉(zhuǎn)換接口相關性，變成電壓信號(hào)，然后通過電壓／電流轉(zhuǎn)換電路變成電流信號(hào)輸出物聯與互聯，送往遠(yuǎn)程控制端穩定。本設(shè)計(jì)中，新型的DAC芯片通過SSC串口和微控制器連接供給，用于將單片機(jī)給的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號(hào)優勢與挑戰，然后電壓信號(hào)再轉(zhuǎn)化為4～20mA電流信號(hào)。
2 軟件設(shè)計(jì)
定位器利用閉環(huán)控制原理解決方案，將從調(diào)節(jié)器來(lái)的調(diào)節(jié)信號(hào)或直接的控制信號(hào)與從執(zhí)行器來(lái)的閥門位置反饋信號(hào)相比較創造，根據(jù)比較后的偏差使調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，從而使閥芯準(zhǔn)確定位貢獻法治，達(dá)到定位的目的設備製造。其離散PID算法的一般形式是：
Kp，KI攻堅克難，KD分別表示比例系數(shù)管理、積分系數(shù)、微分系數(shù)雙向互動。新型采用模糊自適應(yīng)整定PID算法原理如圖4所示效率和安。
自適應(yīng)模糊PID控制器以誤差E和誤差變化EC作為輸入，可以滿足不同時(shí)刻的E和EC對(duì)PID參數(shù)自整定的要求品牌。
PID參數(shù)的整定必須考慮到在不同時(shí)刻三個(gè)參數(shù)的作用深入開展，總結(jié)工程設(shè)計(jì)人員的技術(shù)知識(shí)和實(shí)際的操作經(jīng)驗(yàn)，就能建立針對(duì)Kp等形式，KI技術的開發，KD三個(gè)參數(shù)分別整定的模糊控制表，表1所列為Kp的模糊規(guī)則表飛躍。
模糊控制規(guī)則表建立好后更高效，可根據(jù)如下方法進(jìn)行Kp全面協議，KI，KD的自適應(yīng)校正具體而言。將系統(tǒng)誤差E和誤差變化率EC變化范圍定義為模糊集上的論域工具。
其模糊子集為：
設(shè)E,EC和Kp，KI喜愛，KD隸屬度函數(shù)為三角形函數(shù)醒悟，因此可以得出各模糊子集的隸屬度，根據(jù)各模糊子集的隸屬度賦值表和各參數(shù)的模糊控制規(guī)則表高質量，就可以得到各個(gè)模糊規(guī)則下的模糊關(guān)系能運用。進(jìn)而求得Kp，KI智能設備，KD的模糊子集不可缺少。
根據(jù)實(shí)際情況，采用最大隸屬度法進(jìn)行解模糊判決特點。定義Kp積極回應，KI，KD參數(shù)的調(diào)整算式如下：
在線運(yùn)行過程中又進了一步，控制系統(tǒng)通過對(duì)模糊邏輯規(guī)則的結(jié)果處理多種場景，查表和運(yùn)算，完成對(duì)PID參數(shù)的自校正規劃，流程圖如圖5所示擴大公共數據。其中：E：誤差，EC：誤差變化帶動擴大，U：控制量核心技術體系，kU：比例因子。
3 結(jié)束語(yǔ)
本文主要討論了模糊控制算法在閥門定位器中的運(yùn)用以及所用的微控制器和所涉及的外圍電路設(shè)計(jì)持續發展，在工程實(shí)踐中表明這些方法都是可行的必然趨勢。但是由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的干擾，控制精度有待進(jìn)一步的提高擴大，而且算法還是可以進(jìn)一步優(yōu)化多樣性，在后續(xù)的研究中，可以嘗試用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制方法進(jìn)行更深入的研究新格局。