高压微流量恒流泵的控制系统研究

论文摘要

微流量泵作为一种能定量输送各种液体的精密流体仪器，广泛应用于石油、化工及食品等领域。目前，微流量产品主要有非机械式的蠕动泵与机械式的恒流泵。蠕动泵由于其驱动特性能达到很小的输出流量，但其最大输出压力仅为几百Pa至几百KPa，很难达到很多场合下的高压输出的要求。因此，为了达到高压、微流量的输出特性，采用柱塞式恒流泵是比较好的选择，而目前国内相关的产品的输出性能远落后于国外同类产品，但是国外相关产品的价格相当昂贵，因此，研发一套具有自主知识产权高精度的高压微流量恒流泵具有非常重要的意义及广阔的应用前景。本文针对高压微流量恒流泵的控制系统，改进设计了恒流泵机械传动机构的设计，搭建了其控制系统的软硬件平台，完成高压微流量恒流泵的控制系统的设计。论文首先对恒流泵的工作原理及运动特性进行分析，通过设计合理的非圆齿轮节曲线，来改进设计恒流泵的动力传动机构。其次，设计搭建了基于STM32F103VCT6微处理器的硬件平台，包括步进电机控制模块、压力信号处理模块、人机交互模块、通讯模块及电源模块。最后，通过μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统及μC/GUI用户图形界面软件的移植，构建了系统软件平台，并详细介绍了系统的各个任务及相互之间的调度机制。经试验验证，本控制系统能够控制步进电机低速下平稳运行及A/D采样功能，利用matlab对电机及传动机构进行仿真，发现本课题的研究成果能有效的减小压力波动及流量波动，实现了课题的预期目标，完成了高压微流量恒流泵的控制系统的研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 微流量泵的发展现状
• 1.2.1 蠕动泵的发展概况
• 1.2.2 国内外恒流泵发展现状
• 1.3 高压微流量恒流泵的关键技术
• 1.4 本课题研究的目的及主要内容
• 第二章 系统总体方案设计
• 2.1 恒流泵的结构及工作原理
• 2.2 系统设计的解决思路
• 2.3 系统总体方案设计
• 2.3.1 传动机构的设计
• 2.3.2 恒流泵的流量特性分析
• 2.3.3 系统的控制系统的设计
• 第三章 非圆齿轮—曲柄滑块机构的设计
• 3.1 非圆齿轮的节曲线的基本概念
• 3.1.1 非圆齿轮的节曲线
• 3.1.2 节曲线的曲率及凹凸性
• 3.1.3 节曲线封闭的条件
• 3.2 曲柄滑块机构的运动分析
• 3.3 非圆齿轮的节曲线的设计
• 3.3.1 工作行程的节曲线设计
• 3.3.2 过渡行程阶段的节曲线的设计
• 3.3.3 节曲线的凹凸性及封闭性的校验
• 3.4 仿真验证
• 第四章 恒流泵的控制电路设计
• 4.1 系统硬件总体架构
• 4.2 微处理器简介
• 4.3 步进电机控制模块
• 4.3.1 二相四拍步进电机控制原理
• 4.3.2 步进电机的控制电路
• 4.4 压力信号采样模块
• 4.4.1 传感器的选型
• 4.4.2 ADC 模块介绍
• 4.4.3 放大电路的设计
• 4.5 人机交互模块
• 4.5.1 液晶显示模块
• 4.5.2 触摸屏模块
• 4.6 通讯模块
• 4.6.1 JTAG 模块
• 4.6.2 串口
• 4.6.3 USB
• 第五章 软件系统的设计
• 5.1 μC/OS-Ⅱ 在 STM32F103VCT6 上的移植
• 5.1.1 μC/OS-Ⅱ 的简介
• 5.1.2 μC/OS-Ⅱ 的移植
• 5.1.3 μC/OS-Ⅱ 的任务管理
• 5.2 μC/GUI 在 STM32F103VCT6 上的移植
• 5.3 驱动程序的设计
• 5.3.1 液晶显示驱动
• 5.3.2 触摸屏驱动
• 5.3.3 ADC 模块驱动
• 5.3.4 步进电机驱动
• 5.4 应用程序设计
• 5.4.1 任务划分
• 5.4.2 A/D 采样任务
• 5.4.3 触摸处理任务
• 5.4.4 步进电机控制任务
• 5.4.5 系统补偿任务
• 5.4.6 液晶显示任务
• 第六章 系统测试
• 6.1 系统实物
• 6.2 控制系统测试
• 6.3 仿真验证
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文