摘 要：本文對電動泵進(jìn)行了研究，并設(shè)計(jì)了一種基于83C552單片機(jī)的電動泵控制系統(tǒng)，給出了電動燃油泵控制系統(tǒng)的硬件組成和軟件設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：電動泵　MCU 控制系統(tǒng) Abstract: In this paper, we designed a control system of electrical fuel pump based on MCU. This paper described the system’s realization, hardware structure and software design. Keywords: Electrical Fuel Pump, MCU, Control System 1.引言 　　泵是輸送液體或使液體增壓的機(jī)械。電動泵是泵的一種，是機(jī)械泵與電動機(jī)的結(jié)合品，作為機(jī)電一體化的產(chǎn)物，它將電動機(jī)的機(jī)械能傳送給液體，使液體能量增加，從而達(dá)到輸送液體或使液體增壓的目的。電動泵主要用來輸送液體包括水、油、乳化液、懸乳液等。 因此，電動泵可以用于汽車的發(fā)動機(jī)來使燃油增壓，也可以用于持續(xù)噴油的航空渦噴發(fā)動機(jī)，還可以用于食品機(jī)械等需要進(jìn)行液體輸送或是使液體增壓的場合。那么，對電動泵流量的控制就是一個非常實(shí)用的課題。 　　對電動泵的控制實(shí)質(zhì)上就是對電動機(jī)的控制。使用傳統(tǒng)方法控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速時，需要安裝測速裝置。無論是安裝磁阻式磁電傳感器或是光電式轉(zhuǎn)速表，還是霍爾傳感器等其它類型的傳感器，都會使電動機(jī)的體積增大，成本增高，況且傳感器的任何誤差都會導(dǎo)致電樞電流增大和電機(jī)效率的降低，從而引發(fā)加大電機(jī)的發(fā)熱量，并且對電機(jī)生產(chǎn)制造工藝要求增高等一系列問題。因此，本文在對電動泵的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了研究以后，提出一種有別于傳統(tǒng)控制方法的電動泵控制系統(tǒng)。 2.電動燃油泵的結(jié)構(gòu)及其工作原理 　　本文所研究的電動燃油泵由泵體、永磁電動機(jī)和外殼三部分所組成。電動燃油泵的電動機(jī)部分包括固定在外殼上的永久磁鐵和產(chǎn)生電磁力矩的電樞以及安裝在外殼上的電刷裝置。電刷與電樞上的換向器相接觸，其引線接到外殼上的接柱上，將控制電動燃油泵的電壓引到電樞繞組上。電動燃油泵的外殼兩端卷邊鉚緊，使各部件組裝成一個不可拆卸總成。 　　工作原理為：永磁電動機(jī)通電即帶動泵體旋轉(zhuǎn)，將燃油從進(jìn)油口吸入，流經(jīng)電動燃油泵內(nèi)部，再從出油口壓出，給燃油系統(tǒng)供油。燃油流經(jīng)電動燃油泵內(nèi)部，對永磁電動機(jī)的電樞起到冷卻作用，又稱濕式燃油泵。 3.設(shè)計(jì)的總體思想 　　由以上電動泵的結(jié)構(gòu)分析可以知道，電動泵的工作主要是靠直流電動機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。對電動泵的控制就轉(zhuǎn)化為對直流電動機(jī)的控制。所以要想實(shí)現(xiàn)電動泵的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，就必須測得電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 　　但直流電動機(jī)是總成在電動燃油泵之內(nèi)的，使得傳統(tǒng)的測量轉(zhuǎn)速的方法比如直流測速發(fā)電機(jī)等都無法實(shí)現(xiàn)，除非是改變電動泵的結(jié)構(gòu)，把電動機(jī)轉(zhuǎn)速的測量機(jī)構(gòu)加入進(jìn)去，這樣的話，增加了電動泵的制造成本，顯得有些得不償失。 　　那么，既然在電動機(jī)轉(zhuǎn)速無法直接得到和不改變電動泵原有的結(jié)構(gòu)的條件下，要實(shí)現(xiàn)對電動泵的單片機(jī)閉環(huán)控制，就需要采用其他控制方案代替轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制方案。 　　根據(jù)直流電動機(jī)與其它電機(jī)參數(shù)的關(guān)系公式 　　 　　式中：U-電樞兩端電壓; 　　I[sub]a[/sub]-電樞中的電流; 　　R[sub]a[/sub]-電機(jī)電樞電阻; 　　c[sub]ε[/sub]-電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，是一個常量; 　　Φ-電樞中的磁通量，也是一個常量; 　　可以得出結(jié)論：電動機(jī)轉(zhuǎn)速可以由電樞兩端電壓和通過電樞的電流間接反映，而電動燃油泵的這兩個參數(shù)是可以測量到的，因此本文采用反饋電樞電壓、電流信號的方式來替代轉(zhuǎn)速反饋，并選用雙極式H型可逆PWM功放電路作為電機(jī)的驅(qū)動電路。 4.硬件結(jié)構(gòu) 　　考慮到電動燃油泵的動能和控制系統(tǒng)的性質(zhì)、特點(diǎn)，并綜合以下因素： 　?。?）考慮到降低系統(tǒng)的性能價格比，只需8位單片機(jī)即可。 　?。?）要有4K以上的程序存儲器（ROM），用來存放控制程序;可擴(kuò)展FLASH存儲芯片，便于控制參數(shù)的實(shí)時調(diào)整。 　?。?）為方便測試階段控制參數(shù)的實(shí)時調(diào)整，并且考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，應(yīng)具有I 2C總線。 　?。?）考慮到程序的可移植性，硬件電路接口的兼容性，選用的單片機(jī)必須都是51內(nèi)核。 　　初步選PHILIPS公司的8位單片機(jī)—83C552。 　　83C552 除了滿足以上基本要求外，還具有下列特點(diǎn)：與MCS-51兼容，它具有相同的CPU和指令系統(tǒng)，引腳功能兼容，容易掌握和使用;內(nèi)含PWM信號輸出口，使得系統(tǒng)硬件電路及程序簡單化;集成了8 路10 位的A/D 轉(zhuǎn)換器，可以滿足系統(tǒng)模擬信號的采樣通道數(shù)量及采樣精度要求，因此無需另選A/D轉(zhuǎn)換器，簡化了電路，降低了成本;自帶看門狗電路,保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 　　控制系統(tǒng)的總體硬件示意結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。 [align=center] 圖1[/align] 　　其工作原理為：電機(jī)速度給定信號由上位機(jī)通過異步通訊接口給定。電樞電壓、電流采樣信號經(jīng)過反饋預(yù)處理電路后送入單片機(jī)。單片機(jī)巡回檢測A/D采樣通道電壓、電流值和速度給定信號值，形成的偏差信號經(jīng)過PID調(diào)節(jié)器調(diào)制放大，再通過單片機(jī)上的PWM寄存器裝載成PWM信號的形式輸出到模擬電路部分，途經(jīng)延時電路延時、門極驅(qū)動電路放大，形成一定功率、占空比的PWM門極驅(qū)動電壓，控制PWM功率管的開啟和關(guān)斷時間，從而改變直流電動機(jī)電樞上的平均電壓的大小?？刂泼}沖的寬度由速度給定信號和電流、電壓采樣值共同決定。 　　圖中虛線框里的部分均可以用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。這樣，由單片機(jī)軟件編程設(shè)計(jì)離散域控制器，通過電壓電流反饋形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，保證了控制系統(tǒng)性能。采用PWM電機(jī)驅(qū)動電路，通過改變PWM信號脈沖寬度，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速的目的。 5.軟件設(shè)計(jì) 　　電動機(jī)速度控制程序的設(shè)計(jì)應(yīng)該主要考慮以下問題： 　　（1）單片機(jī)PWM 信號裝載; 　?。?）電壓、電流反饋信號采樣，數(shù)字濾波; 　　（3）實(shí)現(xiàn)電壓PID控制算法; 　?。?）數(shù)據(jù)處理時把所有數(shù)按定點(diǎn)純小數(shù)補(bǔ)碼形式轉(zhuǎn)換，然后把10 位電壓、電流采樣值都變成16位參加運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果取8位有效值; 　　（5）與上位機(jī)的通訊。 　　電動機(jī)控制程序由主程序和T0 中斷服務(wù)程序兩部分組成。主程序包括83C552 本身的初始化以及各并行I/O 口的初始化。其重要的子程序有：采樣子程序、串口通訊子程序、數(shù)字濾波子程序、PID計(jì)算子程序等。 　　主程序流程圖（圖2）以及T0中斷服務(wù)程序流程圖（圖3）分別如圖所示。 [align=center] 圖2 圖3[/align] 6.結(jié)束語 　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)：通過對電動燃油泵工作機(jī)理分析，采用PHILIPS 公司83C552 單片機(jī)為主控芯片，設(shè)計(jì)了雙極性H型橋式PWM（脈沖寬度調(diào)節(jié)）電機(jī)驅(qū)動控制硬件系統(tǒng)，并采用電壓負(fù)反饋電流補(bǔ)償控制代替轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制，形成完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)，是控制理論的實(shí)際應(yīng)用的一次大膽嘗試，并為整個發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)的研制奠定了基礎(chǔ)。 　　經(jīng)過以PC機(jī)為上位機(jī)，單片機(jī)系統(tǒng)為下位機(jī)組成的原理性試驗(yàn)系統(tǒng)的初步試驗(yàn)，我們所設(shè)計(jì)的新型控制系統(tǒng)基本上可以實(shí)現(xiàn)電動燃油泵的流量調(diào)節(jié)。但是由于電壓電流的反饋信號來自取樣電阻和單片機(jī)位數(shù)的限制以及PID參數(shù)的選擇上還有進(jìn)一步的改進(jìn)的余地，所以在具體應(yīng)用時要根據(jù)實(shí)際情況反復(fù)試驗(yàn)，以便達(dá)到最好的控制效果。 參考文獻(xiàn)： 　　[1] 陳伯時主編.《電力拖動自動控制系統(tǒng)》（第二版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004年6月 　　[2] 秦繼榮、沈安俊編著.《現(xiàn)代直流伺服控制技術(shù)及設(shè)計(jì)》.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993年 　　[3] 胡漢才編著.《單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)》.北京：清華大學(xué)出版社，2002年 　　[4] 王曉明編著.《電動機(jī)的單片機(jī)控制》.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002年5月 　　[5] 楊宏麗.基于80C196單片機(jī)的模糊控制系統(tǒng).微計(jì)算機(jī)信息，2005，（03）