平流泵控制系统的研究与设计

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平流泵作为一种具有恒流、恒压特性的精密流体机械,广泛应用于石油、化石、制药、精细化工等科学领域。在石油勘探开发中,平流泵是模拟地层流体动力参数的重要实验设备。目前,国内生产的平流泵,由于输出流量、压力的控制精度低,使用的时候并不“平流”。国外的同类产品技术性能好,但是价格昂贵。因此,研制开发高精度的平流泵,具有重要的现实意义。为此,本文基于微处理技术,通过建立平流泵输出的数学模型,采用先进的控制技术,提出增强平流泵恒流输出性能的方案,实现了平流泵恒流的精确控制与稳定输出。  论文首先对平流泵的研发和应用背景以及国内外的发展现状作了简要介绍,并介绍了课题的主要内容和组织结构。其次,在介绍本课题的框架之后,详细论述了四个方面的内容:平流泵恒流控制原理;平流泵控制系统硬件设计;平流泵控制系统软件设计;步进电机驱动器的程序设计。在控制原理方面,先分析了平路泵系统中需要解决的主要问题,介绍了解决该问题所用方案的原理,包括BP(Back Propagation)神经网络和前馈控制原理,在此基础上提出了神经网络前馈控制方案。在硬件设计中,压力采集模块中使用了12位的AD芯片TLC2543,使得采集的压力值更精确;为了抑制工频信号的干扰,在压力采集通道中加入AD620型号的仪表放大器电路和三级低通滤波电路;基于ATmega16内置的CTC功能,实现对步进电机驱动器的控制;还完成了键盘、显示、通信等模块的设计。软件设计主要包括上位机和下位机通信程序、步进电机控制程序和压力采集、键盘和显示控制等程序。平流泵系统下位机(单片机)和上位机(PC机)通信采用的是RS232通信接口,上位机用MCGS编写,上位机和下位机之间的RS232串口通信采用Modbus协议。在步进电机驱动器程序设计中,分析了步进电机的结构原理和工作原理,在启停和变速中使用指数曲线对步进电机进行升降速控制,还完成了基于BP神经网络前馈控制的步进电机速度控制。最后,对平流泵控制系统的设计做出了总结和展望。
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