泵控制装置、恒压调速控制装置、方法及该微型泵、水泵的制作方法
【专利摘要】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。
【专利说明】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】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]发明专利内容
[0004]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 (Proport1n Integrat1nDifferentiat1n)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。
[0005]本发明技术方案如下:
[0006]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。
[0007]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:
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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；
[0011]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。
[0012]一种微型泵，采用上述的泵控制装置。
[0013]一种水泵，采用上述的泵控制装置。
[0014]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。
[0015]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:
[0016]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;
[0017]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；
[0018]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。
[0019]一种微型泵，采用上述泵恒压调速控制装置。
[0020]一种水泵，采用上述泵恒压调速控制装置。
[0021]一种泵的恒压调速控制方法，步骤如下:
[0022]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；
[0023]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；
[0024]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。
[0025]一种微型泵，采用上述泵恒压调速控制方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]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；
[0027]图2本发明控制装置中过零信号检测电路图；
[0028]图3本发明控制装置中功率管控制电路图；
[0029]图4本发明恒压调速控制装置原理示意图；
[0030]图5本发明控制装置原理示意图。
【具体实施方式】
[0031]现结合附图和实施例对发明进行进一步的说明:
[0032]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。
[0033]一种微型泵，采用上述的泵控制装置。
[0034]一种水泵，采用上述的泵控制装置。
[0035]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。
[0036]一种微型泵，采用上述泵恒压调速控制装置。
[0037]一种水泵，采用上述泵恒压调速控制装置。
[0038]一种泵的恒压调速控制方法，步骤如下:
[0039]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；
[0040]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* Σ e (t)+Kd* (e (t) - e (t -1))
[0041]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
[0042]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。
[0043]累计偏差值Σ(θ)，Σ(θ) =e(t)+e(t-l)+e(t-2)+...e(l)，是每一次测量到的偏差值的总和
[0044]基本偏差值的相对偏差值e(t) -e(t _ I)，用本次的基本偏值差减去上一次的基本偏差值
[0045]输出值Pout (t)，有正也有负。
[0046]开启时间=1ms+(10mS*Pout(t))，若开启时间为负数，则关闭功率管输出。
[0047]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。
[0048]一种微型泵，采用上述泵恒压调速控制方法。
[0049]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。
【权利要求】
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.—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倉tfi。
7.—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。
【文档编号】F04B49/06GK104314795SQ201410541957
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月14日 优先权日:2014年10月14日
【发明者】王惠方, 王立枫, 戴荷生, 罗成, 邹雄 申请人:台州韩进泵业有限公司