關于單片機PID驅動步進電機控制閥門的思路

ID:997026 · 發表于 2023-1-3 16:30

大家好，

我現在需要做一個產品，該產品主要用來穩定氣體流量，也就是通過一個步進電機來控制閥門開合，流量大了，就把閥門開小一點，流量小了，就把閥門開達一點，通過步進電機不斷調節閥門開度來把氣體流量最終穩定在某一個值。
這個閥門是自帶流量檢測傳感器的，可以實時測量從閥門流過的氣體流量。

比如我現在要把流量穩定在10L/min，閥門傳感器檢測到當前流量是5L/min，那么單片機需要控制步進電機把閥門開大一點，這里是閉環控制，10L是目標值，5L是測量值，通過PID算法控制步進電機，進而控制閥門開合。

這里有個問題，這種應用場景，我理解是不是不需要計算步進電機的轉動角度了？也就是不需要計算步進電機當前在什么位置，然后轉動多少位置了？所以也不需要編碼器之類的東西來記錄步進電機位置了？不知道我的理解對不對？

因為我的最終被控對象是流量大小，當單片機接收到設置流量與當前流量的差值后，將差值反饋給單片機PID，PID根據這個差值計算出一個值，然后用這個值去控制步進電機驅動閥門轉過一定角度，所以這里要把這個流量誤差值轉換為對應的閥門轉動的角度值，這里不知道怎么對應起來？

假設我的閥門的最大開度是720度（開度范圍0~720度），如果0開度對應流量是0，720度開度對應流量20L，此時PID計算后得到的增量值為X, 設閥門需要轉動的角度為Y，那么20/720=X/Y，通過這個式子可以計算出Y的值，也就是步進電機驅動閥門轉動的角度。不知道我的理解對不對？

所以總結下，
應該全程都不需要記錄步進電機的位置，只需要計算流量誤差值與閥門轉動的角度的對應關系就行了。
比如這次我把流量穩定在10L，然后我關機了，然后再開機，設置流量穩定到15L，那么上一次電機和閥門應該停在10L位置，這次設置到15L后，PID啟動，檢測到誤差值，PID會不斷調整電機位置然后讓其穩定在15L。所以我理解是，不管什么應用場景，我應該都不需要管步進電機的位置了，不知道這個理解對不對？

以前沒用PID算法，寫了大量代碼來檢測步進電機的位置，也就是電機轉過多少角度對應多少流量，這個對應關系是死的。現在用了PID，我想了下，好像不需要檢測電機位置了，因為PID會根據測到的流量誤差來調整閥門開度，位置好像不重要了。剛開始做PID，理解不是很深入，希望給位前輩不吝賜教！

ID:891041 · 發表于 2023-1-3 17:10

是你把自己當成PID。你能看到反饋流量的話。你就知道流量不夠該往哪個方向擰。這個過程你并不需要知道絕對位置。

ID:883242 · 發表于 2023-1-3 17:19

步進電機本來就是個低成本方案，當然不需要位置檢測，如果真的需要位置檢測，閉環控制，請換伺服電機。

當然，步進電機在系統里面往往還是要有個初始位置檢測，上電后先運轉到初始位置，以后就完全靠開環控制，單片機或PLC等控制器內部計算實際位置，并不檢測。

ID:401564 · 發表于 2023-1-3 20:42

氣體通過閥門之后,要先有一個緩沖,其實就是一節大點的管子,然后再檢測.作用相當于濾波
先看看整體有反應速度,如果不是太慢的話,用PI控制就行了,很多時候沒有必要用PID的
步進電機不需要檢測位置的,你只管控制就行了,流量大了就減小角度,流量小了就增加角度
PID控制代碼,來去就是那幾行,但更多的是實際參數的調節

ID:1060215 · 發表于 2023-1-4 11:00

第一、其實這個并不一定要用PID控制直接檢測流量然后調整步進就行了。
第二、步進電機也要有初始位置檢測或者最大位置檢測，另外步進電機容易丟步，要考慮到丟步情況，最后，當供氣故障或者氣流最大值小于設定值時，若沒有最大位置檢測，會造成步進或設備的損壞，建議加一個編碼器來增加穩定性。
第三、有個東西叫比例閥，感覺比你這個步進控制方式好一些，并且直接用電信號控制閥的開度，控制更簡單，可以發揮PID的優勢。
第四、我去年做了一款相同的產品，有需要可以進一步交流。

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關于單片機PID驅動步進電機控制閥門的思路