基于DSP的变频恒压供水模糊控制系统应用

    康会峰¹，黄新春²，王元³

    (1北华航天工业学院机械工程系，河北廊坊065000；2西北I业大学，

陕西西安71 0068；3中石油集团东方地球物理勘探有限责任公司，河北涿州072751)

     摘要：分析了变频恒压供水系统的研究现状，设计了一种了数字信号处理器(DSP)的模糊厘压供水系统，介绍了该系统的软、硬件结构，建立了恒压供水系统的数学模型，研究了模糊PID控制理论在恒压供水系统巾的应用。在此基础漫计了一种目适应模糊PID控制器，将该模糊控制器应用于变频恒压供水的模糊控制系统，并用MATAB仿真T具仿真了 PID控制算法，模糊控制算法及提出的自适应模糊PID控制算法，仿真结果表明使用自适应模糊PID控制的恒压供水系统的稳定性较其他两种算法优越。

    关键词：模糊PID；变频恒压；数字信号处理器

中图分类号：TM 921 51文献标志码：A文章编号:1673-6540(2010)05-0016-05

0 引言

      变频调速是一项有效的节能降耗技术，其节电率高，能将因设计冗余和用量变化而浪费的大部分电能都节省F来，具有调速精度高，功率冈数高等特点[9].国外学者如：美国的K．E Lansey，RobertDemoyer Jr，L E Ormsbee，英国的FI．SPowet／，B．Coulbeck，P Jowitt，日本的KazumasaMuguruma，M．Tuskiyama及以色列的U Shamir，c D D fioward等人也在供水系统建模理论上进行了许多有益的探讨，为变频恒压供水系统的性能优化提供了理论依据^[1-3]。国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，其人多采用国外的变频器控制水泵的转速[4]。水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程逻辑控制器(PLC)予以实现，有的采用单片机及相应的软件予以实现。根据国内、外在恒压供水方面的研究进展，术文提出了一种基于数字信号处理器(DsP)的模糊恒压供水系统，设计了自适应模糊控制器。应用simulink仿真软件对比了自适应模糊控制器与PID控制器及模糊控制器的优异特点。

l  恒压供水系统硬件电路设计

1．1  系统硬件结构设计

    以TMS320LF2407A芯片为核心，外围扩展了其他的功能模块，实现了以下功能：压力信号检测、水泵电流信号检测、工频电压与变频器输出电压的频率和相位的检测、D／A转换、继电器控制、通信、键盘输入、液晶显示、扩展接口及故障报警。系统硬件总体框图如图1所示。

1．2系统工作原理

    在该恒压供水系统中，首先由置于水体内的

2  系统软件设计

2．1  系统主流程图设计

    该系统中，数据(压力信号、频电网的电压、电机电流监控信号)采集、键盘输入、液晶显示、自调整修正网子Fuzzy—PID控制及锁相环同步切换控制都要靠软、硬件的配合才能实现。系统主程序完成的功能有：系统初始化、数据采集比较、LED是示、键盘扫描、故障处理、压力闭环控制、锁相环同步l刃换控制等。主程序流程罔如图2所示．前端压力传感器完成对水压的数据采集，将水压量转换成电压值，经过信号调理电路后，进行A／D

转换并将转换结果送到DSP内，经微处理器与预设定水压进行比较后，得到误差景。该误差量与前一误差量又可得到误差的变化量e，e和e作为模糊控制器的输入，由软件中的白调整修正因子Fuzzy—PID控制算法子程序进行处理，通过DsP凋用空间矢量脉宽调制(sVPwM)算法来控制，再将模糊控制器的输出经线性转换为频率，f逆变器输出相应频率，用丁调节水泵电机的转速。当DsP检测到逆变器的输出频率接近工频电网频率时，将使能锁相环进行相位的检测和跟踪，当两者同相位时，由锁相环发出的相位锁定信号触发中断，DsP将此台水泵由变频运行状态切换到工频运行状态，并根据当前水压判定是否将下一台水泵投入变频运行状态。

2．2 Fuzzy-PID控制算法子程序设计

    该程序主要实现采样系统的输出，得到当前的实际水压，该水压与压力设定值相减，可得到当前误差量，该误差量与前一误差量相减可得到误差的变化量，误差和误差的变化经过模糊量化，变成误差和误差的变化模糊子集的基本论域中的值，即可查询模糊控制表，得到模糊控制量，此模糊控制量作为控制量模糊子集中的基本论域中值，必须乘以比例网子变成实际控制量，才能送给模数转