磁力攪拌器轉速控制方法及實現

土壤養分分析對磁力攪拌器提出了較高的要求。比如 ,磁棒轉速穩定度高 ,且連續可調;液體溫度穩定度高,且連續可調 ;定時準確, 且連續可調等。

為了穩定磁棒轉速,采用霍爾接近開關直接檢測磁棒轉速, 每轉一圈 ,接近開關產生一個脈沖信號, 單片機將磁棒實際轉速與設定轉速進行比較, 通過軟件 PID 控制, **終使磁棒轉速穩定在設定值。硬件框圖如圖 1 所示。磁棒轉速控制的特點:
 
(1)由于慣性和液體阻力的原因, 如電機啟動轉速太快, 磁棒將跟不上電機旋轉 ,出現啟動失敗。
 
(2)由于磁極間的引力 ,使磁棒與三角瓶之間的靜摩擦較大, 克服靜摩擦而起轉后 , 轉速突然上升, 可能產生超調。

(3)若磁棒受阻而減速(比如與瓶體碰撞), 一旦滯后大于 180 度 , 就會丟失一個脈沖,造成檢測錯誤。

根據上述特點, 采用積分分離 PID 算法,并加入數字濾波及轉速緩升控制 ,PID 算式如下 :



設給定轉速為 Ng ,則給定的旋轉周期為:Tg =60000/Ng(m s);設第 K 圈的周期為 T k ,則第 k 次誤差為 :Ek =Tg -Tk (ms)。Ek -1為第 K -1 次誤差,kp 為比例系數 ,ki 為積分系數, Vk 為第 K 次電壓增量。
 
磁力攪拌器剛啟動時, 誤差較大(Ek >Δ), 為防止啟動轉速太快造成啟動失敗, 此時取積分系數 ki =0(積分分離),而采用轉速緩升控制, 使磁棒轉速逐步升高 。當磁棒轉速接近給定值 (Ek <Δ),加入積分作用,以保證穩態精度 。由于每轉一圈采一次樣 ,調整一次 ,因此調整過程很快 ,轉速穩定性和動態性能都很好。
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