单片机控制系统的柱塞泵分析与探究

第一章 绪论

1.1 数字元件的研究背景和意义
为了提高系统的性能，近代控制策略在液压伺服控制中广泛地应用，比如PID控制、自适应控制、鲁棒控制等。另外，随着微机及数控技术在国民经济各部门应用日益广泛，液压和电子技术结合已成为必然趋势。而且机器工作精度、响应速度和自动化程度的提高，对液压控制系统也提出了更高的要求。
这样，只靠传统的液压控制系统就不能满足要求，尤其是20世纪80年代以来，逐步完善和普及的计算机控制技术和集成传感器技术为电子技术和液压技术的结合创造了条件。计算机控制在液压控制系统中的应用大大提高了控制精度和自动化程度，使得以往难以解决的控制难题有了突破的希望。这样，计算机就会广泛应用到液压系统中，数字元件就应运而生了。基于数字元件的控制具有精度高、节约能源、抗干扰能力强等优点，积极开展数字元件和数字系统的研究是液压数字控制的一个重要的课题。

1.2 国内外研究及应用现状分析
1.2.1 国外研究现状
在电子工业及计算机高速发展的浪潮冲击下，日本液压工业出现了相对停滞的局面，其他类似的一些国家也存在相似情况。因此，不少人提出，“是液压控制系统，还是电子控制系统?”“流体传动往何处去?”等种种问题。其实因为各种传动与控制公式都有其本身的独有特性，这些特性本身就决定了各种传动与控制方式的各自的长处与不足。
机器设计者一个很自然的做法是从机器本身的条件与要求出发，合理选用各种传动形式，以优化机器设计。因此，各种传动方式并不是互相排斥的，而是互相补充的，不存在谁淘汰谁的问题。在第二次世界大战期间，当时的高射炮就是靠雷达捕捉尾随飞行目标，实时测量目标的高度、方向、速度等，并用电子计算机进行处理，确定炮弹的运行轨道以及高射炮的方位和倾角，然后将此方位和倾角作为指令信号输送给高射炮的电气液压伺服装置，从而实现控制的作用。由此看出，机电一体化很早就存在。不过当时的电液伺服系统是以小型电机通过齿轮机构控制变量泵的转角来实现的，由于计算机及电子技术发展水平的限制，控制系统与执行元件采用分离的形式。
   
    1.3 步进电机控制数字泵节能回路的特点 .........14-15
    1.4 单片机的应用领域 .........15-16
    1.5 课题研究意义 .........16
    1.6 课题研究内容 .........16-18
第二章 轴向柱塞泵的单片机控制调节原理 .........18-23
    2.1 增量式数字泵控制系统 .........18-20
    2.2 数字式轴向柱塞泵变量机构特点和工作原理 .........20-21
    2.3 本章小结 .....................21-23
第三章 单片机控制系统硬件电路的设计 .........23-62
    3.1 单片机的控制布局 .........23
    3.2 AT89S52 的应用特性 .........23-28
    3.3 串行通信的接口电路 .........28-32
    3.4 前向通道与接口技术 .........32-39
    3.5 步进电机及其驱动模块设计 .........39-50 
    3.6 人机通道配置与接口电路 .........50-57
    3.7 看门狗电路的设计 .........57-59
    3.8 系统单片机硬件原理图的绘制 .........59-60
    3.9 本章小结 ...................60-62
第四章 数泵控制系统数学模型与仿真分析 .........62-78
    4.1 数字泵的动态性能分析 .........62-70
    4.2 控制系统仿真模型参数的确定 .........70-74
    4.3 控制系统的仿真分析 .........74-77
    4.4 本章小结 .........77-78

结论与展望

5.1.结论
本课题所研究的数字泵具有很多数字元件所具有的优点：如节能，易于控制等。由于柱塞泵和单片机相结合，使得整个控制系统工作可靠，维修方便，作为课题还有结构简单，成本低廉，容易实现自动化。尤其是便于小企业工厂的生产加工，市场前景很好。
本课题采用常用的单片机作为控制核心，来驱动步进电机，能够实现精确控制，而且结构简单，这样大大减小了设计的工作量，提高了系统可靠性，增强了抗干扰能力，使之更适用于工业环境。本课题在控制上很好地实现了闭环控制，有效减轻系统本身的设计、控制误差或负载压力干扰等影响。

5.2.对后续研究工作的展望
随着社会需求的进步，数字元件的使用将越来越广泛。我国在这方面的研究方兴未艾，所以对于斜盘式轴向柱塞泵的单片机控制系统的研究，还有广阔的发展前景。
由于本课题只是要验证步进电机能够正转、反转、停止、加速、减速等功能，故只选取了小型步进电机及其驱动模块(ULN2003)来进行简单的实验，这样做是为了降低成本。实际工业生产应用中则要选择比此规格更大的步进电机，所以此实验中的应用程序一旦调试成功，将整个系统运用到工业领域，则需根据实际情况选取大规格的步进电机及其驱动电路(如斩波恒流电路)。从而将理论分析应用于实验研究，并得到充分的实验验证，达到理论与实践相结合的目的。