CN104314795A - 泵控制装置、恒压调速控制装置、方法及该微型泵、水泵 - Google Patents

泵控制装置、恒压调速控制装置、方法及该微型泵、水泵 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种泵控制装置、恒压调速控制装置、方法及该微型泵、水泵，本设计利用单片机控制功率半导体替换机械开关，使用可控硅或者绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)替代继电器和接触器，根据压力传感器反馈的压力值实时对电机进行实时比例积分微分PID(Proportion Integration Differentiation)运算，计算出给定电机功率，控制功率器件的开启时间，即控制给定所需能量的时间，达到节能和压力恒定，特别是能满足水泵恒压供水的需求，另外还可以实现小体积泵及微型泵的实现。

Description

泵控制装置、恒压调速控制装置、方法及该微型泵、水泵
技术领域
本发明涉及泵控制领域，特别涉及微型泵以及水泵等的恒压供水中的水泵恒压调速控制。
背景技术
以往的控制器大多数是开关方式的通断控制，是继电器或者接触器，对电机冲击很大，不节能，而且泵的输出压力很难达到压力恒定，随着节能环保的推进，开关通断方式控制的泵的不节能和人们的对泵压力恒定的需求，继电器和接触器控制达不到市场应用要求。
发明专利内容
针对以上的一个或多个问题，提供一种泵控制装置、恒压调速控制装置、方法及该微型泵、水泵，本设计利用单片机控制功率半导体替换机械开关，使用可控硅或者绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)替代继电器和接触器，根据压力传感器反馈的压力值实时对电机进行实时比例积分微分PID(ProportionIntegration Differentiation)运算，计算出给定电机功率，控制功率器件的开启时间，即控制给定所需能量的时间，达到节能和压力恒定，特别是能满足水泵恒压供水的需求，另外还可以实现小体积泵及微型泵的实现。
本发明技术方案如下：
一种泵控制装置，包括控制器，控制器包括单片机，单片机连接并控制功率管，控制器开关采用可控硅或绝缘栅双极型晶体管IGBT。
进一步地，控制装置包括输入信号采集装置、过零信号处理装置、压力差值处理装置、功率管输出装置，具体地：
输入信号采集装置，分别连接压力传感器和市电，压力传感器连接泵输出口，所述的输入信号采集装置连接市电，通过由相应的单片机I/O口通过衰减电路与市电连接实现；
过零信号处理装置，接收输入信号采集装置的市电信息转化成过零信号，得到过零的时间点；
压力差值处理装置，计算当前压力与目标恒定压力的误差值，通过PID计算得到功率管开启时长并将该信号传送给功率管输出装置；
功率管输出装置，功率管输出装置包括功率管，功率管输出装置连接电机，按照获得功率管的开启时长信号打开功率管，并按照市电输入过零信号的时间点，在零点来临前开启，在零点来临时结束一次补充能量。
一种微型泵，采用上述的泵控制装置。
一种水泵，采用上述的泵控制装置。
一种泵恒压调速控制装置，单片机连接并控制功率管，控制器开关采用可控硅或绝缘栅双极型晶体管IGBT。
进一步地，包括依次连接的单片机采集信号装置、压力补偿运算装置、功率补偿执行装置，具体地：
单片机采集信号装置，单片机采集市电输入过零信号和压力传感器反馈的压力信号；
压力补偿运算装置，先计算出当前压力与目标恒定压力的误差值，通过PID计算得到功率管开启时间；
功率补偿执行装置，包括过零信号检测电路、功率管控制电路，根据单片机采集到的市电过零信号以及按照PID计算后的功率管开启时间打开功率管，将市电能量输出到电机，使得电机转速能够跟随压力变化，功率管在零点来临前开启，在零点来临时结束一次补充能量。
一种微型泵，采用上述泵恒压调速控制装置。
一种水泵，采用上述泵恒压调速控制装置。
一种泵的恒压调速控制方法，步骤如下：
第一步，单片机采集市电输入过零信号和压力传感器反馈的压力信号；
第二步，先计算出当前压力与目标恒定压力的误差值，通过PID计算得到功率管开启时间；
第三步，功率补偿执行装置，单片机连接功率管，控制器开关采用可控硅或绝缘栅双极型晶体管IGBT，根据单片机采集到的市电过零信号以及按照PID计算后的功率管开启时间打开功率管，将市电能量输出到电机，使得电机转速能够跟随压力变化，功率管在零点来临前开启，在零点来临时结束一次补充能量。
一种微型泵，采用上述泵恒压调速控制方法。
附图说明
图1本发明控制装置中过零信号与功率管开启时间匹配示意图；
图2本发明控制装置中过零信号检测电路图；
图3本发明控制装置中功率管控制电路图；
图4本发明恒压调速控制装置原理示意图；
图5本发明控制装置原理示意图。
具体实施方式
现结合附图和实施例对发明进行进一步的说明：
一种泵控制装置，包括控制器，控制器包括单片机，单片机连接并控制功率管，控制器开关采用可控硅或绝缘栅双极型晶体管IGBT。如图5所示，控制装置包括输入信号采集装置、过零信号处理装置、压力差值处理装置、功率管输出装置，具体地：输入信号采集装置，分别连接压力传感器和市电，压力传感器连接泵输出口，所述的输入信号采集装置连接市电，通过由相应的单片机I/O口通过衰减电路与市电连接实现；过零信号处理装置，接收输入信号采集装置的市电信息转化成过零信号，得到过零的时间点；压力差值处理装置，计算当前压力与目标恒定压力的误差值，通过PID计算得到功率管开启时长并将该信号传送给功率管输出装置；功率管输出装置，功率管输出装置包括功率管，功率管输出装置连接电机，按照获得功率管的开启时长信号打开功率管，并按照市电输入过零信号的时间点，在零点来临前开启，在零点来临时结束一次补充能量。
一种微型泵，采用上述的泵控制装置。
一种水泵，采用上述的泵控制装置。
一种泵恒压调速控制装置，单片机连接并控制功率管，控制器开关采用可控硅或绝缘栅双极型晶体管IGBT，如图4所示，还包括依次连接的单片机采集信号装置、压力补偿运算装置、功率补偿执行装置，具体地：单片机采集信号装置，单片机采集市电输入过零信号和压力传感器反馈的压力信号；压力补偿运算装置，先计算出当前压力与目标恒定压力的误差值，通过PID计算得到功率管开启时间；功率补偿执行装置，包括过零信号检测电路、功率管控制电路，根据单片机采集到的市电过零信号以及按照PID计算后的功率管开启时间打开功率管，将市电能量输出到电机，使得电机转速能够跟随压力变化，功率管在零点来临前开启，在零点来临时结束一次补充能量。过零检测是测得交流信号的过零点，如图1所示正弦信号经三极管整形后成为方波信号，MCU通过检测上升沿或下降沿来检测过零点，有了过零信号可以精确的控制功率管的开启时间，即控制给定电机所需的能量。
一种微型泵，采用上述泵恒压调速控制装置。
一种水泵，采用上述泵恒压调速控制装置。
一种泵的恒压调速控制方法，步骤如下：
第一步，单片机采集市电输入过零信号和压力传感器反馈的压力信号；
第二步，先计算出当前压力与目标恒定压力的误差值，通过PID计算得到功率管开启时间；其中，PID控制公式：Pout(t)＝Kp*e(t)+Ki*Σe(t)+Kd*(e(t)‐e(t‐1))
三个基本参数：Kp,Ki,Kd分别称为比例常数、积分常数和微分常数
e(t)表示基本偏差值,是设定目标压力值减去当前测量压力值之差。
累计偏差值Σ(e)，Σ(e)＝e(t)+e(t‐1)+e(t‐2)+…e(1)，是每一次测量到的偏差值的总和
基本偏差值的相对偏差值e(t)‐e(t‐1)，用本次的基本偏值差减去上一次的基本偏差值
输出值Pout(t)，有正也有负。
开启时间＝10ms+(10mS*Pout(t))，若开启时间为负数，则关闭功率管输出。
第三步，功率补偿执行装置，单片机连接功率管，控制器开关采用可控硅或绝缘栅双极型晶体管IGBT，根据单片机采集到的市电过零信号以及按照PID计算后的功率管开启时间打开功率管，将市电能量输出到电机，使得电机转速能够跟随压力变化，功率管在零点来临前开启，在零点来临时结束一次补充能量。
一种微型泵，采用上述泵恒压调速控制方法。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换而不脱离方案的精神，其均应涵盖在本案请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种泵控制装置，包括控制器，其特征在于，控制器包括单片机，单片机连接并控制功率管，控制器开关采用可控硅或绝缘栅双极型晶体管IGBT。
2.根据权利要求1所述的泵控制装置，其特征在于，控制装置包括输入信号采集装置、过零信号处理装置、压力差值处理装置、功率管输出装置，具体地：
输入信号采集装置，分别连接压力传感器和市电，压力传感器连接泵输出口，所述的输入信号采集装置连接市电，通过由相应的单片机I/O口通过衰减电路与市电连接实现；
过零信号处理装置，接收输入信号采集装置的市电信息转化成过零信号，得到过零的时间点；
压力差值处理装置，计算当前压力与目标恒定压力的误差值，通过PID计算得到功率管开启时长并将该信号传送给功率管输出装置；
功率管输出装置，功率管输出装置包括功率管，功率管输出装置连接电机，按照获得功率管的开启时长信号打开功率管，并按照市电输入过零信号的时间点，在零点来临前开启，在零点来临时结束一次补充能量。
3.一种微型泵，其特征在于，采用权利要求1或2所述的任一种泵控制装置。
4.一种水泵，其特征在于，采用权利要求1或2所述的任一种泵控制装置。
5.一种泵恒压调速控制装置，其特征在于，单片机连接并控制功率管，控制器开关采用可控硅或绝缘栅双极型晶体管IGBT。
6.根据权利要求5所述的泵恒压调速控制装置，其特征在于，包括依次连接的单片机采集信号装置、压力补偿运算装置、功率补偿执行装置，具体地：
单片机采集信号装置，单片机采集市电输入过零信号和压力传感器反馈的压力信号；
压力补偿运算装置，先计算出当前压力与目标恒定压力的误差值，通过PID计算得到功率管开启时间；
功率补偿执行装置，包括过零信号检测电路、功率管控制电路，根据单片机采集到的市电过零信号以及按照PID计算后的功率管开启时间打开功率管，将市电能量输出到电机，使得电机转速能够跟随压力变化，功率管在零点来临前开启，在零点来临时结束一次补充能量。
7.一种微型泵，其特征在于，采用权利要求5或6所述的任一种泵恒压调速控制装置。
8.一种水泵，其特征在于，采用权利要求5或6所述的任一种泵恒压调速控制装置。
9.一种泵的恒压调速控制方法，其特征在于，步骤如下：
第一步，单片机采集市电输入过零信号和压力传感器反馈的压力信号；
第二步，先计算出当前压力与目标恒定压力的误差值，通过PID计算得到功率管开启时间；
第三步，功率补偿执行装置，单片机连接功率管，控制器开关采用可控硅或绝缘栅双极型晶体管IGBT，根据单片机采集到的市电过零信号以及按照PID计算后的功率管开启时间打开功率管，将市电能量输出到电机，使得电机转速能够跟随压力变化，功率管在零点来临前开启，在零点来临时结束一次补充能量。
10.一种微型泵，其特征在于，采用权利要求9所述的泵恒压调速控制方法。
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Denomination of invention: Pump control device, constant pressure speed regulation control device, method, and micro pump and water pump

Effective date of registration: 20231213

Granted publication date: 20170912

Pledgee: Wenling branch of the Industrial Commercial Bank of China Ltd.

Pledgor: TAIZHOU HANJIN PUMP Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980070943