平流泵产品广泛应用于石油勘探开发评价实验、石油化工的催化反应、聚合反应、食品、制药、液相色谱分析、超临界萃取、分离、原子能科学、环境科学、工艺设备、实验设备以及各种液体的微量送液等方面。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、石化、制药、精细化工等科学研究领域。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,通过使用发现它们并不“平流”,主要原因是输出流量、压力的控制精度低。国外的同类产品技术性能较好但价格昂贵。因此,研制开发高精度的平流泵更加具有重要的现实意义。为此,本文基于微处理技术,通过建立泵头输出的数学模型,采用先进的控制技术和步进电机驱动技术,提出了增强平流泵恒流、恒压输出性能的解决方案,实现了平流泵恒压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发展状况作了简要介绍,并阐述了课题的主要内容、技术路线及论文组织结构。其次,在介绍本课题的主体框架之后,详细论述了本课题四个方面的内容:平流泵恒压、恒流控制的理论基础;基于ADuC831微处理系统设计;恒流控制模式和恒压控制模式的研究与控制方法的实现以及步进电机驱动与控制电路设计。在基础理论方面,详细的介绍了在平流泵的控制中用到的理论知识,包括一元线性回归模型、递推Z小二乘辨识以及自适应控制理论;基于ADuC831微处理系统设计中,利用ADuC831内置的AD转换器和PWM功能,实现了对压力信号的采集和步进电机的转速控制,所完成的脉冲分配电路设计,保证了步进电机具有良好的低频和高频特性;在恒流控制模式中,发现流量与电机转速满足一元线性回归模型,经压力校正后得到准确的步进电机转速控制参数,通过调节步进电机的转速对流量进行前馈控制,实现了平流泵精确的恒流输出;恒压控制模式设计中,运用递推Z小二乘算法估计出泵头的数学模型,利用这一模型在线计算出控制器的输出,实现了平流泵压力输出的自适应PID控制。Z后通过对所设计的软、硬件的集成,并与平流泵的机械部分结合进行组装,样机经实验测试表明具有良好的恒压恒流输出特性,该产品已经应用于仪器仪表研究所的相关项目中。
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2004-08-02
