【文章內(nèi)容簡介】 經(jīng)傳感器殼體，由于葉輪的葉片與流向有一定的角度，流體的沖力使葉片具有轉(zhuǎn)動力矩，克服摩擦力矩和流體阻力之后葉片旋轉(zhuǎn)，在力矩平衡后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，在一定的條件下，轉(zhuǎn)速與流速成正比，由于葉片有導(dǎo)磁性，它處于信號檢測器（由永久磁鋼和線圈組成）的磁場中，旋轉(zhuǎn)的葉片切割磁力線，周期性的改變著線圈的磁通量，從而使線圈兩端感應(yīng)出電脈沖信號，此信號經(jīng)過放大器的放大整形，形成有一定幅度的連續(xù)的矩形脈沖波，可遠傳至顯示儀表，顯示出流體的瞬時流量和累計量。在一定的流量范圍內(nèi)，脈沖頻率f與流經(jīng)傳感器的流體的瞬時流量Q成正比，流量方程為：Q=3600f/k式中：f——脈沖頻率[Hz]；k——傳感器的儀表系數(shù)[1/m3]，由校驗單給出。若以[1/L]為單位Q=f/kQ——流體的瞬時流量（工作狀態(tài)下）[m3/h]；3600——換算系數(shù)。每臺傳感器的儀表系數(shù)由制造廠填寫在檢定證書中，k值設(shè)入配套的顯示儀表中，便可顯示出瞬時流量和累積總量。 在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來達到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動機的轉(zhuǎn)速。也正因為如此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。 PWM占空比原理 設(shè)電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為Vmax，設(shè)占空比為D= t1 / T，則電機的平均速度為Va = Vmax * D，其中Va指的是電機的平均速度；Vmax 是指電機在全通電時的最大速度；D = t1 / T是指占空比。由上面的公式可見，當(dāng)我們改變占空比 D = t1 / T時，就可以得到不同的電機平均速度Vd，從而達到調(diào)速的目的。嚴格來說，平均速度Vd 與占空比D并非嚴格的線性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似地看成是線性關(guān)系。本次設(shè)計采用定頻調(diào)寬方式。 3 直流無刷電機的模糊PI控制 常見的直流無刷調(diào)速系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制，即速度環(huán)，電流環(huán)控制。傳統(tǒng)上采用PI控制，結(jié)構(gòu)簡單，可靠穩(wěn)定，但是它難以克服負載模型參數(shù)等發(fā)生大范圍變化時以及非線性因素的影響。因而無法滿足高性能高精度的場合要求【14】。而自適應(yīng)PI控制器則結(jié)構(gòu)復(fù)雜，計算量大，實時性差，在快速運動控制中收到一定的限制。將模糊控制器直接應(yīng)用于直流無刷調(diào)速系統(tǒng)速度控制，則可以充分發(fā)揮模糊控制器適應(yīng)于非線性時變系統(tǒng)，滯后系統(tǒng)的優(yōu)點，取得好的控制效果和強的魯棒性，且因不需建立被控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型設(shè)計方便。以二相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)為例，分析BLDC的數(shù)學(xué)模型及電磁轉(zhuǎn)矩等特性。為了便于分析，假定：a)三相繞組完全對稱，氣隙磁場為方波，定子電流、轉(zhuǎn)子磁場分布皆對稱；b)忽略齒槽、換相過程和電樞反應(yīng)等的影響；c)電樞繞組在定子內(nèi)表面均勻連續(xù)分布；d)磁路不飽和，不計渦流和磁滯損耗。則三相繞組的電壓平衡方程可表示為： ① 式中：，為定子相繞組電壓(V)；，為定子相繞組電流(A)；，為定子相繞組電動勢(V)；L為每相繞組的自感(H)；M為每相繞組間的互感(H)。三相繞組為星形連接，且沒有中線，則有 ++=0 ② M+M+M=0 ③ 得到最終電壓方程： ④ 無刷直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩方程與普通直流電動機相似，其電磁轉(zhuǎn)矩大小與磁通和電流幅值成正比 ⑤ 所以控制逆變器輸出方波電流的幅值即可以控制BLDC電機的轉(zhuǎn)矩。為產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，要求定子電流為方波，反電動勢為梯形波，且在每半個周期內(nèi)，方波電流的持續(xù)時間為120176。電角度，梯形波反電動勢的平頂部分也為120176。電角度，兩者應(yīng)嚴格同步。由于在任何時刻，定子只有兩相導(dǎo)通，則：電磁功率可表示為： ⑥ 電磁轉(zhuǎn)矩又可表示為：　　　　　　　　　　　　　 ⑦ 無刷直流電機的運動方程為： ⑧ 其中為電磁轉(zhuǎn)矩；為負載轉(zhuǎn)矩；B為阻尼系數(shù)；為電機機械轉(zhuǎn)速；J為電機的轉(zhuǎn)動慣量。傳遞函數(shù)：無刷直流電機的運行特性和傳統(tǒng)直流電機基本相同，其動態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以采用直流電機通用的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖所示： 無刷直流電機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖由無刷直流電機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖可求得其傳遞函數(shù)為: 式中： 為電動勢傳遞系數(shù)， 為電動勢系數(shù)； 為轉(zhuǎn)矩傳遞函數(shù)，R 為電動機內(nèi)阻， 為轉(zhuǎn)矩系數(shù)； 為電機時間常數(shù)，G 為轉(zhuǎn)子重量，D 為轉(zhuǎn)子直徑。無刷直流電機速度模糊PI控制器的輸入變量有兩個，分別是速度偏差e（t）和速度偏差的變化率ec（t）。模糊控制器的輸出為KPS,KIS,來調(diào)節(jié)PI控制器的比例增益KP(KP=KPS*KPP)和積分增益KI(KI=KIS*KIP),其中KPP，KIP為預(yù)先給定的值，：在穩(wěn)態(tài)時，如BLCD的轉(zhuǎn)速由于系統(tǒng)參數(shù)的變化而發(fā)生波動，則同時調(diào)節(jié)比例增益和積分增益，使得轉(zhuǎn)速保持恒定；當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)時間較長時，則同時增加比例增益和積分增益，以減小響應(yīng)時間。根據(jù)電機的額定轉(zhuǎn)速3000r/min，可確定誤差e的實際論域范圍為[1000,1000]，誤差變化率de/dt的實際論域范圍為[*10j，*10j]。對論域進行模糊化，把輸入和輸出量都量化到[5，4，3，2，1,0,1,2,3,4,5]這樣一個區(qū)間上面，對應(yīng)的模糊子集為NL,NM,ZO,PS,PM,PL.根據(jù)專家知識，建立合適的模糊規(guī)則庫，KPS,。 KPS的控制規(guī)則表Ec(t)E(t)NL NMNSZOPSPMPLNLPLPLPMPMPSPSZONMPLPMPMPSPSZONSNSPMPMPSPSZONSNSZOPMPSPSZONSNSNMPSPSPSZONSNSNMNMPMPSZONSNSNMNMNLPLZONSNSNMNMNLNL KIS的控制規(guī)則表Ec(t)E(t)NL NMNSZOPSPMPLNLPMPSNMPMPSPSNSPMPSPSZOZONLNMNSZOPSPMPLPSZONSNSPLPMPSPMPLPLPLPM根據(jù)上面的模糊控制規(guī)則進行計算，采用面積平分法解模糊，就可以得到KPS,KIS參與調(diào)整系統(tǒng)PI控制器的比例增益KP(KP=KPS*KPP)和積分增益KI(KI=KIS*KIP)。 模糊PI控制的直流無刷電機調(diào)速系統(tǒng)具有很快的響應(yīng)速度，且在給定速度發(fā)生變化的情況下具有很強的速度跟蹤能力，同時結(jié)合了模糊語言的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，減小了電流的脈動，即在一定程度上減小了轉(zhuǎn)矩脈動，提高了系統(tǒng)的性能。4 控制系統(tǒng)設(shè)計，以MSP430F149作為控制核心，通過專用驅(qū)動芯片LM621連接逆變電路驅(qū)動電機工作，按鍵實現(xiàn)加速減速功能，加速鍵按下一次轉(zhuǎn)速增加100轉(zhuǎn)，減速鍵盤按下一次轉(zhuǎn)速減少100轉(zhuǎn)，可調(diào)范圍在2000轉(zhuǎn)到4000轉(zhuǎn)之間，通過渦輪流量計測試實際流量信息反饋到單片機中實現(xiàn)高精度的電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，LCD1602實時顯示流量信息。 MSP430LCD1602逆變電路LM621位置傳感器無刷直流電機渦輪流量計按鍵 系統(tǒng)總體功能流程圖 系統(tǒng)總體軟件流程圖 MSP430F149單片機最小系統(tǒng)MSP430F149單片機最小系統(tǒng)由MSP430F149單片機，晶振以及復(fù)位電路組成。兩個晶振分別接單片機的XIN1,XOUT1,XIN2,XOUT2口，復(fù)位電路采用專用復(fù)位芯片SP7085,與單片機RESET口連接。. MSP430F149單片機最小系統(tǒng) 本系統(tǒng)采用LCD1602液晶屏顯示，P4口接上拉電阻，LCD1602液晶屏的控制端接在P3口上面，——。 顯示模塊硬件圖用LCD 顯示一個字符時比較復(fù)雜，首先找到顯示屏上某個位置所對應(yīng)的RAM區(qū)的8個字節(jié)，在有程序分別對這個8個字節(jié)置“1”或置“0”，“1”表示點亮，“0”表示不亮，這樣組合起來就能把一個字符點亮。但是有的控制器內(nèi)部自帶字符發(fā)生器，如LCD1602，顯示一個字符就非常容易了，把控制器的工作設(shè)定在文本方式，再根據(jù)字符顯示的位置，找到該位置找出顯示RAM所對應(yīng)的地址，設(shè)立光標，在把所需要的字符代碼送上去就可以了。開始LCD1602初始化 延時寫LCD指令取顯示地址 寫數(shù) 寫完？ 是否讀取數(shù)據(jù)并顯示 返回