水塔自动供水控制系统设计

在此控制系统中单片机就相当于常规控制系统中的运算器控制器，它对过程变量的实测值和设定位之间的误差信号进行运算然后给出控制信息。

单片机的运算规则称为控制法则或控制算法。

用的控制算法有以下几种经典的比例积分微分控制算法。

根据动态系统的优化理论得到的自适应控制和最优控制方法。

自适应控制最优控制方法以及模糊控制算法是建立在精确的数学模型基础上的，在实时过程控制中，由于控制对象的精确数学模型难于建立，系统参数经常发生变化，运用控制理论进行综合分析要花很大代价，主要是时间。

同时由于所得到的数学模型过于复杂难于实现。

在实时控制系统中要求信号的控制信号的给出要及时，所以在目前的过程控制系统中较少采用自适应控制最优控制方法和模糊控制算法。

目前在过程控制中应用较多的还是控制算法控制算法和控制算法。

变频恒压供水系统的设计供水泵组存在的问题和用水负荷的实际情况，我们设计采用富士变频器，压力传感器，微电脑控制器包括调节等组成闭环调节垣压控制系统，使水泵恒压供水，其供水压力可调。

图为供水控制系统组成方框图图供水控制系统组成方框图工作原理分析三相动力变频应急电源供电对象和控制对象是电动机，那么设计思路要围绕电动机的特性而设计，要考虑电机的启动调速停止，要避免电机起动过程中的冲击电流。

与其他的不同的是这类般只有单路输出。

当三相输入市电，正常时经整流后给逆变器提供直流电，同时经充电器对蓄电池组充电，蓄电池组处于全浮充状态，蓄电池组的电压比变频器支流环节的电压略低，当三相输入断电或异常时，自动转换由蓄电池组给变频器提供直流电。

当需要电机负载工作时，送给变频器运行信号，变频器会立即启动并输出。

变频器的频率给定可采用面板控制，也可采用远程给定，当然也可采用闭环工艺控制。

变频器的选择要从实际出发，由于在这里对变频器能使用到的功能不多。

所以选择变频器要主要考虑三个因素质量价格和可操作性。

电源控制器电气设备水箱红外传感器水池水位开关变频器变频器是整个应急电源的核心部分，所以变频器质量将很大程度上决定应急电源的质量。

变频器本身的功率器件，整流模块以及模块应有适当的余量，以保证承受蓄电池电压接入时的冲击。

控制电路由锯齿波产生电路可知上升和下降的斜率是可以通过改变电路参数来调整，即电容的冲放电的时间常数是可调的。

在芯片中，阻值决定了内部恒流源对的充电，而的放电则由决定。

这样就把充电和放电回路分开，有利于通过来调整最小死区时间，从而也调整了其它脉宽时的死区时间。

芯片的振荡频率可近似表示为在维持固定不变的情况下，由频率公式可以看到与成反比变化。

在本系统中，则系统开关频率据上式计算的理论值为，实测值，周期。

死区时间分析上面提到了两个时间参数和是系统工作时个开关管关断到另个开关管导通的时间间隔是个安全死区时间参数，它是基于开关管的物理开关特性来定义的，即要求开关管在时间内完全关断。

红外线控制电路采集反馈电路的出现，必然导致输出脉宽受限，最大输出脉宽。

显而易见与的关系为。

本系统中，在电容两端可得到个从到变化的锯齿波，基于本系统开关频率在反馈电压为时做出如图所示的脉冲及死区时间的仿真分析。

图脉冲及死区时间的仿真分析由图可知，芯片的振荡周期芯片输出的脉冲宽度其中为电容充电时间为电容放电时间为芯片输出的脉冲宽度且，为死区时间。

在不变动的情况下，便为定值，当发生变化时，将随之变化，从而引起的变化，则在水系统具有管网特性曲线，即通道管网的流量与所消耗的能量之间的关系曲线，它同时表明水泵的能量用来克服泵系统的水位及压力差，液体在管道中流动的阻力。

水泵运行工作点位置与水泵负载有关，在水泵负载经常变化的情况下，水泵不能总处在高效区域里工作。

为使水泵适应外界负载变化的要求。

我们可采用变速调节，即在管网特性曲线基本不变时，采用改变水泵转速来改变泵的特性曲线。

从而改变它的工作点，达到即改变流量又能保证水泵恒定和输入功率减少的目的。

如图图水泵变速运行图根据水泵的相似定律，变速前后流量扬程功率与转速之间关系为式中为转速时的功率扬程流量为转速时的功率扬程流量。

由此可见，当水泵在变负荷工作情况下，采用变频器调节水泵电机转速时，轴功率随转速比的三次方关系进行变化，节电效果明显。

电路的设计直流稳压电源的设计电子设备般都需要直流电源供电。

这些直流电除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电市电转变为直流电的直流稳压电源。

图直流稳压电源框图直流稳压电源由电源变压器整流滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图所示。

电网供给的交流电压，经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压，然后由整流电路变换成方向不变大小随时间变化的脉动电压，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压。

但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。

在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。

程序保护开关稳压电源的电路比较复杂，基本上可以分为小功率的控制部分和大功率的开关部分。

开关晶体管则属大功率，为保护开关晶体管在开启或关断电源时的安全，必须先让调制器放大器等小功率的控制电路工作。

为此，要保证正确的开机程序。

开关稳压器的输入端般接有小电感大电容的输入滤波器。

在开机瞬间，滤波电容器会流过很大的浪涌电流，这个浪涌电流可以为正常输入电流的数倍。

这样大的浪涌电流会使普通电源开关的触点或继电器的触点熔化，并使输入保险丝熔断。

另外，浪涌电流也会损害电容器，使之寿命缩短，过早损坏。

为此，开机时应该接入个限流电阻，通过这个限流电阻来对电容器充电。

为了不使该限流电阻消耗过多的功率，以致影响开关稳压器的正常工作，而在开机暂态过程结束后，用个继电器自动短接它，使直流电源直接对开关稳压器供电，如图所示。

这种电路称之谓开关稳压器的软启动电路。

图启动电路直流电源开关稳压器开关稳压器的控制电路中的逻辑组件或者运算放大器需用辅助电源供电。

为此，辅助电源必须先于开关电路工作。

这可用开机程序控制电路来保证。

般的开机程序是输入电源的极性鉴别，电压保护开机程序电路工作辅助电源工作并通过限流电阻对开关稳压器的输入电容器充电开关稳压器的调制电路工作，短路限流电阻开关稳压器稳定工作。

在开关稳压器中，刚开机时，因为其输出电容容量大，充到额定输出电压值需要定时间。

在这段时间内，取样放大器输入低的输出电压采样，根据系统闭环调节特性将迫使开关三极管的导通时间加长，这样来，开关三极管就会在这段期间内趋于连续导通，而容易损坏。

为此，要求在开机这段时间内，开关调制电路输出给开关三极管基极的脉宽调制驱动信号，能保证开关三极管由截止逐渐趋于正常的开关状态，故而要加设开机保护以配合软启动。

过电流保护当出现负载短路过载或者控制电路失效等意外情况时，会引起流过稳压器中开关三极管的电流过大，使管子功耗增大，发热，若没有过流保护装置，大功率开关三极管就有可能损坏。

故而在开关稳压器中过电流保护是常用的。

最经济简便的方法是用保险丝。

由于晶体管的热容量小，普通保险丝般不能起到保护作用，常用的是快速熔断保险丝。

这种方法具有保护容易的优点，但是，需要根据具体开关三极管的安全工作区要求来选择保险丝的规格。

这种过流保护措施的缺点是带来经常更换保险丝的不便。

在线性稳压器中常用的限流保护和电流截止保护在开关稳压器中均能应用。

但是，根据开关稳压器的特点，这种保护电路的输出不能直接控制开关三极管，而必须使过电流保护的输出转换为脉冲指令，去控制调制器以保护开关三极管。

为了实现过电流保护般均需要用取样电阻串联在电路中，这会影响电源的效率，因此多用于小功率开关稳压器的场合。

而在大功率的开关稳压电源中，考虑到功耗，应尽量避免取样电阻的接入。

因此，通常将过电流保护转换为过欠电压保护。

欠电压保护输出电压低于规定值时，反映了输入直流电源开关稳压器内部或者输出负载发生了异常。

输入直流电源电压下降到规定值之下时，会导致开关稳压器的输出电压跌落，输入电流增大，既危及开关三极管，也危及输入电源。

因此，要设欠电压保护。

简单的欠电压保护如图所示。

图欠电压保护电路随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。

由于集成稳压器具有体积小，外接线路简单使用方便工作可靠和通用性等优点，因此在各种电子设备中应用十分普遍，基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。

集成稳压器的种类很多，应根据设备对直流电源的要求来进行选择。

对于大多数电子仪器设备和电子电路来说，通常是选用串联线性集成稳压器。

而在这种类型的器件中，又以三端式稳压器应用最为广泛。

系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整。

系列三端式稳压器输出正极性电压，般有七个档次，输出电流最大可达加散热片。

同类型系列稳压器的输出电流为，系列稳压器的输出电流为。

若要求负极性输出电压，则可选用系列稳压器。

它有三个引出端输入端不稳定电压输入端标以输出端稳定电压输出端标以公共端标以除固定输出三端稳压器外，尚有可调式三端稳压器，后者可通过外接元件对输出电压进行调整，以适应不同的需要。

本实验所用集成稳压器为三端固定正稳压器，它的主要参数有输出直流电压，输出电流电压调整率，输出电阻，输入电压的范围。

因为般要比大，才能保证集成稳压电源工作在线性区。

把稳压器中所应用的三极管限制在直流安全工作区域之内工作。

对于选定的三极管由晶体管手册可查得其直流安全工作区。

根据集电极电流的最大值来确定输入过电流的保护值。

但是，这个瞬时最大值应转换为电流的平均值。

在额定输出电流与输出电压的条件下，开关管的动态负载线不超过直流安全工作区的最大输入电压，就是输入过电压保护的电压值。

把稳压器的输出限制在所给定的技术指标之内。

在所要求的工作温度范围内，稳压器的输出电压的上下限就是输出过欠电压保护的电压值。

过电流保护则可根据最大输出电流来确定。

为了不误告警，保护值应适当留定的余量。

由以上两点确定保护方式之后，再根据电源装置的需要来确定告警措施。

般告警措施有声警和光警两种。

声警适用于整机比较复杂电源部分又装在不显眼的地方，它可以给工作人员以有效的故障告警光警可以醒目地指示故障告警并指出故障发生的部位和类型。

保护措施要视所保护的部位来确定。

在大功率多路电源的场合，总是用交直流断路器，高灵敏继电器等构成自动保护措施切断电源的输入使系统停止工作，免受损害。

通过逻辑控制电路使相应的开关三极管截止的方案显得既灵敏方便又经济。

这样可以省去体积大，响应时间长，价格贵的大功率继电器或断路器。

发射电路图发射电路图内部框架图采用片六非门缓冲器集成电路及电容，电阻构成自激多谐振荡器，振荡频率为。

改变电阻的阻值，振荡频率即改变，阻值增大，频率降低。

振荡信号经非门缓冲后，由电容器耦合至的基板，由驱动红外发光二极管发射红外光脉冲信号。

发射电路如图。

其中用片中