PDF《一种保持真空室真空度稳定的控制系统3》

27 分之一, 所以姑且称之为细调控制. 若步进电机带动调节阀转动到左右两个极点仍达不到相应的真空度要求, 这时需停止电 机转动并进行报警显示. 关机前将调节电位器旋至最低点, 根据使用要求可置调节阀处于最大 开启状态或处于关闭状态.

三、 软硬件的具体实现方法

11 硬件电路 硬件的具体电路如图

2 所示.单片机控制器以 CPU

8031 为核心, 配以 2KEPROM 2716, 晶振为 6M H z, 外加一片模数转换器 0809. 由于步进电机由电流驱动, 而该系统对步进电机的转速要求不高, 较之常规的驱动电路, 我们省去了快速启动限流电阻.这样一方面可以降低驱动电压, 另一方面大大减少了功率损 耗. 为防止调节阀转动到左右两个极点导至电机短路运行, 我们在其中一相中串入一阻值很小 的取样电阻, 当电机正常运转时, 取样电阻上的电压降很小, 而一旦电机短路运行, 则取样电阻 上的电压降有很大的变化. 通过一比较器给单片机的外中断口输入一中断信号, 从而中止驱动 信号的输出并给出相应的报警指示.

21 软件设计 控制系统的主程序框图如图

3 所示. 上电复位后, 一开始对各个输出口包括暂存单元进行 初始化, 然后对调节电路和真空计的输出电压信号进行采样.考虑干扰的影响, 每次各个信号 均采样三次, 采用中值滤波法, 取中间值作为本次采样值. 计算出两信号数字量的差值, 由差值

0 2 真空第5期图2Fig 2. 图3Fig 3. 的正负决定电机是正转还是反转, 该差值 再经 P I D 计算, 给出输出脉冲数.当上述 差值为零, 对差分放大器的输出信号进行 采样并滤波, 该次采样值作为新的差值经 P I D 计算, 给出精确的输出脉冲数. 由脉冲 数及电机正反转信息调电机驱动子程序, 在该子程序内包括电机是否到极限位的信 号测试及相应处理程序. 电机带动调节阀转动后, 真空计输出 信号的改变要在几秒以后才能稳定下来, 所以在进行下轮信号采样, 需间隔一段时 间后才能开始, 否则会引起多谐振荡, 使稳 定时间变长.

四、 控制精度分析 真空计输出信号大小与真空室真空度之间的一般关系曲线如图

4 所示.它们之间是一非 线性关系.在真空度较低时(P 1) , 真空度变化 ?P , 输出信号改变 ?U 1;

在真空度较高时(P 2) , 真空度变化 ?P , 输出信号改变 ?U 2, 显然 ?U 1> ?U 2. 调节阀处于关闭和处于最大开启量状态之间的角度变化为 0° ~ 90° .在保持抽速、 进气等 其它因素不变的情况下, 抽气量的变化与调节阀转动角度之间的变化也是一非线性关系 (图12第5期程健等: 一种保持真空室真空度稳定的控制系统 5).在开启角较小时, 抽气量的变化量很大;

而在开启角较大时, 抽气量的变化量很小. 上述两方面因素的影响, 决定了步进电机每变化一步所引起的真空度的改变是一个很复 杂的, 我们只能针对某一具体的真空状态和调节阀处在某一确定的开启位置给出它的控制精 度.粗调状态时的相对精度为

1 28 , 细调状态时的相对精度为

1 27 ;

绝对精度为 5V

28 *27 = 0. 0001526(V ).若以此值作为步进电机变化一步引起真空计输出信号的最小变化值, 则在 0° ~ 90° 之间步进电机的总步数为

215 = 32768(步). 图4Fig 4. 图5Fig 5. 实际上, 由于温度、 零漂、 电源电压稳定度等因素的影响, 要求精度太高没有太大的现实意 义.而另外一方面, 要想在各个真空段都取得一致的控制效果, 可采用模糊控制. 参考文献1李秉操, 张登举