基于嵌入式Linux的恒压计量泵控制系统的设计

发布时间：2017-10-05 01:05

  本文关键词：基于嵌入式Linux的恒压计量泵控制系统的设计

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【摘要】：计量泵是一种具有恒压和恒流两种工作模式的精密实验装置，广泛应用于石油、化工、计量等科研领域。在石油、煤层气等能源的模拟开采实验中，精密计量泵是模拟地壳流体动力的实验装置。目前，国内计量泵处于恒压工作模式时控制精度低，难以满足当代科研实验的需求。相比而言，国外的同类产品功能完善、性能良好，但价格昂贵。针对当前这一状况，我国自主研制一种高性能、低成本的恒压计量泵以满足相关机构和企业的科研需求具有重要意义。为了解决这一问题，本文将嵌入式技术引入精密计量泵，提出一种基于ARM处理器和嵌入式Linux操作系统的恒压计量泵控制系统的设计方案。嵌入式技术是将当代计算机控制、通信、网络以及电子等先进技术与具体研究对象相结合的新兴技术。近年来，该技术已被越来越多地应用于工业控制领域。 首先，，本文介绍了计量泵的相关背景，探讨了计量泵恒压控制的研究现状，并对嵌入式系统做了简单阐述。 其次，仔细分析了计量泵恒压工作原理，并根据其工作原理和功能需求制定了控制系统的总体设计方案。该方案选择以嵌入式ARM处理器为系统的主控核心，选择嵌入式Linux操作系统作为控制系统的软件开发平台。 然后，设计和开发了控制系统的硬件电路和软件程序。控制系统的硬件以S3C2440芯片为控制核心并采用模块化设计，通过主控芯片的外围接口扩展硬件电路，采用具有细分控制技术的驱动器和S3C2440芯片的PWM定时器实现对步进电机转速的精密控制，从而提高控制系统的稳定性和控制精度。软件设计的工作内容包括：嵌入式Linux的定制和移植，根据所使用硬件外设开发设备驱动程序，通过Qt/Embedded工具实现良好的人机交互界面，并针对传统PID控制算法的局限性，采用模糊PID智能控制算法完成计量泵恒压输出的精密控制。 最后，简单介绍了系统实验平台的搭建和调试过程，通过实验数据验证了系统恒压工作的有效性，并与传统PID控制算法的实验结果进行对比，实验结果表明模糊PID控制比PID控制更适合于恒压计量泵控制系统。
【关键词】：计量泵 恒压 S3C2440 Linux 模糊PID
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP273;TH38
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题的背景和研究意义10
• 1.2 恒压计量泵的工作原理10-11
• 1.3 恒压计量泵控制系统的研究现状11-13
• 1.4 嵌入式系统概述13-14
• 1.4.1 嵌入式系统的特点13
• 1.4.2 嵌入式系统的发展13-14
• 1.5 系统的总体方案设计14-15
• 1.5.1 系统的预期要求14-15
• 1.5.2 恒压计量泵控制系统的总体设计15
• 1.6 课题研究的主要内容15-18
• 第二章 系统的硬件设计18-36
• 2.1 硬件平台的选择18-20
• 2.2 主控模块20
• 2.3 存储模块20-21
• 2.4 人机交互模块21
• 2.5 采集模块21-25
• 2.5.1 压力变送器的选择21-22
• 2.5.2 AD 转换电路22-23
• 2.5.3 光电编码器的选择与连接23-25
• 2.6 通信模块25-28
• 2.6.1 以太网接口电路设计25
• 2.6.2 串口电路设计25-27
• 2.6.3 JTAG 接口电路设计27-28
• 2.7 电磁阀模块28-29
• 2.8 电机驱动模块29-33
• 2.8.1 步进电机工作原理29
• 2.8.2 步进电机驱动器的选择29-31
• 2.8.3 步进电机细分驱动技术31-32
• 2.8.4 PWM 调速原理32-33
• 2.9 限位开关模块33-34
• 2.10 本章小结34-36
• 第三章 系统的软件设计36-60
• 3.1 软件平台的选择36
• 3.2 嵌入式 Linux 开发平台的搭建36-37
• 3.3 Linux 操作系统的定制和移植37-46
• 3.3.1 引导加载程序的移植37-41
• 3.3.2 Linux 内核的移植41-43
• 3.3.3 构建根文件系统43-46
• 3.4 驱动程序的设计46-52
• 3.4.1 AD 驱动程序的设计47-50
• 3.4.2 步进电机驱动程序的设计50-52
• 3.5 应用程序的设计52-59
• 3.5.1 Qt/Embedded 的移植52-55
• 3.5.2 人机交互程序的设计55-57
• 3.5.3 主程序设计57-58
• 3.5.4 压力数据采集模块58-59
• 3.5.5 数据存储模块59
• 3.6 本章小结59-60
• 第四章 恒压控制算法的设计60-72
• 4.1 PID 控制原理概述60-62
• 4.2 模糊控制原理概述62-64
• 4.3 控制系统的模糊 PID 算法设计64-68
• 4.3.1 模糊 PID 控制器的设计64-65
• 4.3.2 模糊 PID 控制算法的实现65-68
• 4.4 系统的测试与结果分析68-70
• 4.5 本章小结70-72
• 第五章 总结与展望72-74
• 5.1 总结72
• 5.2 展望72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 攻读学位期间发表的学术论文目录80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：973867