關(guān)于單片機(jī)PID驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)控制閥門的思路

ID:997026 · 發(fā)表于 2023-1-3 16:30

大家好，

我現(xiàn)在需要做一個(gè)產(chǎn)品，該產(chǎn)品主要用來穩(wěn)定氣體流量，也就是通過一個(gè)步進(jìn)電機(jī)來控制閥門開合，流量大了，就把閥門開小一點(diǎn)，流量小了，就把閥門開達(dá)一點(diǎn)，通過步進(jìn)電機(jī)不斷調(diào)節(jié)閥門開度來把氣體流量最終穩(wěn)定在某一個(gè)值。
這個(gè)閥門是自帶流量檢測傳感器的，可以實(shí)時(shí)測量從閥門流過的氣體流量。

比如我現(xiàn)在要把流量穩(wěn)定在10L/min，閥門傳感器檢測到當(dāng)前流量是5L/min，那么單片機(jī)需要控制步進(jìn)電機(jī)把閥門開大一點(diǎn)，這里是閉環(huán)控制，10L是目標(biāo)值，5L是測量值，通過PID算法控制步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)而控制閥門開合。

這里有個(gè)問題，這種應(yīng)用場景，我理解是不是不需要計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度了？也就是不需要計(jì)算步進(jìn)電機(jī)當(dāng)前在什么位置，然后轉(zhuǎn)動(dòng)多少位置了？所以也不需要編碼器之類的東西來記錄步進(jìn)電機(jī)位置了？不知道我的理解對(duì)不對(duì)？

因?yàn)槲业淖罱K被控對(duì)象是流量大小，當(dāng)單片機(jī)接收到設(shè)置流量與當(dāng)前流量的差值后，將差值反饋給單片機(jī)PID，PID根據(jù)這個(gè)差值計(jì)算出一個(gè)值，然后用這個(gè)值去控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥門轉(zhuǎn)過一定角度，所以這里要把這個(gè)流量誤差值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的閥門轉(zhuǎn)動(dòng)的角度值，這里不知道怎么對(duì)應(yīng)起來？

假設(shè)我的閥門的最大開度是720度（開度范圍0~720度），如果0開度對(duì)應(yīng)流量是0，720度開度對(duì)應(yīng)流量20L，此時(shí)PID計(jì)算后得到的增量值為X, 設(shè)閥門需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為Y，那么20/720=X/Y，通過這個(gè)式子可以計(jì)算出Y的值，也就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥門轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。不知道我的理解對(duì)不對(duì)？

所以總結(jié)下，
應(yīng)該全程都不需要記錄步進(jìn)電機(jī)的位置，只需要計(jì)算流量誤差值與閥門轉(zhuǎn)動(dòng)的角度的對(duì)應(yīng)關(guān)系就行了。
比如這次我把流量穩(wěn)定在10L，然后我關(guān)機(jī)了，然后再開機(jī)，設(shè)置流量穩(wěn)定到15L，那么上一次電機(jī)和閥門應(yīng)該停在10L位置，這次設(shè)置到15L后，PID啟動(dòng)，檢測到誤差值，PID會(huì)不斷調(diào)整電機(jī)位置然后讓其穩(wěn)定在15L。所以我理解是，不管什么應(yīng)用場景，我應(yīng)該都不需要管步進(jìn)電機(jī)的位置了，不知道這個(gè)理解對(duì)不對(duì)？

以前沒用PID算法，寫了大量代碼來檢測步進(jìn)電機(jī)的位置，也就是電機(jī)轉(zhuǎn)過多少角度對(duì)應(yīng)多少流量，這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系是死的。現(xiàn)在用了PID，我想了下，好像不需要檢測電機(jī)位置了，因?yàn)镻ID會(huì)根據(jù)測到的流量誤差來調(diào)整閥門開度，位置好像不重要了。剛開始做PID，理解不是很深入，希望給位前輩不吝賜教！

ID:891041 · 發(fā)表于 2023-1-3 17:10

是你把自己當(dāng)成PID。你能看到反饋流量的話。你就知道流量不夠該往哪個(gè)方向擰。這個(gè)過程你并不需要知道絕對(duì)位置。

ID:883242 · 發(fā)表于 2023-1-3 17:19

步進(jìn)電機(jī)本來就是個(gè)低成本方案，當(dāng)然不需要位置檢測，如果真的需要位置檢測，閉環(huán)控制，請(qǐng)換伺服電機(jī)。

當(dāng)然，步進(jìn)電機(jī)在系統(tǒng)里面往往還是要有個(gè)初始位置檢測，上電后先運(yùn)轉(zhuǎn)到初始位置，以后就完全靠開環(huán)控制，單片機(jī)或PLC等控制器內(nèi)部計(jì)算實(shí)際位置，并不檢測。

ID:401564 · 發(fā)表于 2023-1-3 20:42

氣體通過閥門之后,要先有一個(gè)緩沖,其實(shí)就是一節(jié)大點(diǎn)的管子,然后再檢測.作用相當(dāng)于濾波
先看看整體有反應(yīng)速度,如果不是太慢的話,用PI控制就行了,很多時(shí)候沒有必要用PID的
步進(jìn)電機(jī)不需要檢測位置的,你只管控制就行了,流量大了就減小角度,流量小了就增加角度
PID控制代碼,來去就是那幾行,但更多的是實(shí)際參數(shù)的調(diào)節(jié)

ID:1060215 · 發(fā)表于 2023-1-4 11:00

第一、其實(shí)這個(gè)并不一定要用PID控制直接檢測流量然后調(diào)整步進(jìn)就行了。
第二、步進(jìn)電機(jī)也要有初始位置檢測或者最大位置檢測，另外步進(jìn)電機(jī)容易丟步，要考慮到丟步情況，最后，當(dāng)供氣故障或者氣流最大值小于設(shè)定值時(shí)，若沒有最大位置檢測，會(huì)造成步進(jìn)或設(shè)備的損壞，建議加一個(gè)編碼器來增加穩(wěn)定性。
第三、有個(gè)東西叫比例閥，感覺比你這個(gè)步進(jìn)控制方式好一些，并且直接用電信號(hào)控制閥的開度，控制更簡單，可以發(fā)揮PID的優(yōu)勢。
第四、我去年做了一款相同的產(chǎn)品，有需要可以進(jìn)一步交流。

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