摘 要：本文對電動泵進行了研究，并設計了一種基于83C552單片機的電動泵控制系統，給出了電動燃油泵控制系統的硬件組成和軟件設計。 關鍵詞：電動泵　MCU 控制系統 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械。電動泵是泵的一種，是機械泵與電動機的結合品，作為機電一體化的產物，它將電動機的機械能傳送給液體，使液體能量增加，從而達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動機來使燃油增壓，也可以用于持續噴油的航空渦噴發動機，還可以用于食品機械等需要進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用的課題。 　　對電動泵的控制實質上就是對電動機的控制。使用傳統方法控制電動機轉速時，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速表，還是霍爾傳感器等其它類型的傳感器，都會使電動機的體積增大，成本增高，況且傳感器的任何誤差都會導致電樞電流增大和電機效率的降低，從而引發加大電機的發熱量，并且對電機生產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構和工作原理進行了研究以后，提出一種有別于傳統控制方法的電動泵控制系統。 2.電動燃油泵的結構及其工作原理 　　本文所研究的電動燃油泵由泵體、永磁電動機和外殼三部分所組成。電動燃油泵的電動機部分包括固定在外殼上的永久磁鐵和產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：永磁電動機通電即帶動泵體旋轉，將燃油從進油口吸入，流經電動燃油泵內部，再從出油口壓出，給燃油系統供油。燃油流經電動燃油泵內部，對永磁電動機的電樞起到冷卻作用，又稱濕式燃油泵。 3.設計的總體思想 　　由以上電動泵的結構分析可以知道，電動泵的工作主要是靠直流電動機來實現的。對電動泵的控制就轉化為對直流電動機的控制。所以要想實現電動泵的單片機控制系統設計，就必須測得電機的轉速。 　　但直流電動機是總成在電動燃油泵之內的，使得傳統的測量轉速的方法比如直流測速發電機等都無法實現，除非是改變電動泵的結構，把電動機轉速的測量機構加入進去，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，既然在電動機轉速無法直接得到和不改變電動泵原有的結構的條件下，要實現對電動泵的單片機閉環控制，就需要采用其他控制方案代替轉速負反饋控制方案。 　　根據直流電動機與其它電機參數的關系公式 　　 　　式中：U-電樞兩端電壓; 　　I[sub]a[/sub]-電樞中的電流; 　　R[sub]a[/sub]-電機電樞電阻; 　　c[sub]ε[/sub]-電機的結構參數，是一個常量; 　　Φ-電樞中的磁通量，也是一個常量; 　　可以得出結論：電動機轉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速反饋，并選用雙極式H型可逆PWM功放電路作為電機的驅動電路。 4.硬件結構 　　考慮到電動燃油泵的動能和控制系統的性質、特點，并綜合以下因素： 　　（1）考慮到降低系統的性能價格比，只需8位單片機即可。 　　（2）要有4K以上的程序存儲器（ROM），用來存放控制程序;可擴展FLASH存儲芯片，便于控制參數的實時調整。 　　（3）為方便測試階段控制參數的實時調整，并且考慮到系統的可擴展性，應具有I 2C總線。 　　（4）考慮到程序的可移植性，硬件電路接口的兼容性，選用的單片機必須都是51內核。 　　初步選PHILIPS公司的8位單片機—83C552。 　　83C552 除了滿足以上基本要求外，還具有下列特點：與MCS-51兼容，它具有相同的CPU和指令系統，引腳功能兼容，容易掌握和使用;內含PWM信號輸出口，使得系統硬件電路及程序簡單化;集成了8 路10 位的A/D 轉換器，可以滿足系統模擬信號的采樣通道數量及采樣精度要求，因此無需另選A/D轉換器，簡化了電路，降低了成本;自帶看門狗電路,保證了系統的穩定性。 　　控制系統的總體硬件示意結構圖如圖1所示。 [align=center] 圖1[/align] 　　其工作原理為：電機速度給定信號由上位機通過異步通訊接口給定。電樞電壓、電流采樣信號經過反饋預處理電路后送入單片機。單片機巡回檢測A/D采樣通道電壓、電流值和速度給定信號值，形成的偏差信號經過PID調節器調制放大，再通過單片機上的PWM寄存器裝載成PWM信號的形式輸出到模擬電路部分，途經延時電路延時、門極驅動電路放大，形成一定功率、占空比的PWM門極驅動電壓，控制PWM功率管的開啟和關斷時間，從而改變直流電動機電樞上的平均電壓的大小。控制脈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來實現。這樣，由單片機軟件編程設計離散域控制器，通過電壓電流反饋形成閉環控制系統，保證了控制系統性能。采用PWM電機驅動電路，通過改變PWM信號脈沖寬度，即可實現調壓調速的目的。 5.軟件設計 　　電動機速度控制程序的設計應該主要考慮以下問題： 　　（1）單片機PWM 信號裝載; 　　（2）電壓、電流反饋信號采樣，數字濾波; 　　（3）實現電壓PID控制算法; 　　（4）數據處理時把所有數按定點純小數補碼形式轉換，然后把10 位電壓、電流采樣值都變成16位參加運算，運算結果取8位有效值; 　　（5）與上位機的通訊。 　　電動機控制程序由主程序和T0 中斷服務程序兩部分組成。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、數字濾波子程序、PID計算子程序等。 　　主程序流程圖（圖2）以及T0中斷服務程序流程圖（圖3）分別如圖所示。 [align=center] 圖2 圖3[/align] 6.結束語 　　本文的創新點：通過對電動燃油泵工作機理分析，采用PHILIPS 公司83C552 單片機為主控芯片，設計了雙極性H型橋式PWM（脈沖寬度調節）電機驅動控制硬件系統，并采用電壓負反饋電流補償控制代替轉速負反饋控制，形成完整的閉環控制系統，是控制理論的實際應用的一次大膽嘗試，并為整個發動機的控制系統的研制奠定了基礎。 　　經過以PC機為上位機，單片機系統為下位機組成的原理性試驗系統的初步試驗，我們所設計的新型控制系統基本上可以實現電動燃油泵的流量調節。但是由于電壓電流的反饋信號來自取樣電阻和單片機位數的限制以及PID參數的選擇上還有進一步的改進的余地，所以在具體應用時要根據實際情況反復試驗，以便達到最好的控制效果。 參考文獻： 　　[1] 陳伯時主編.《電力拖動自動控制系統》（第二版）.北京：機械工業出版社，2004年6月 　　[2] 秦繼榮、沈安俊編著.《現代直流伺服控制技術及設計》.北京：機械工業出版社，1993年 　　[3] 胡漢才編著.《單片機原理及系統設計》.北京：清華大學出版社，2002年 　　[4] 王曉明編著.《電動機的單片機控制》.北京：北京航空航天大學出版社，2002年5月 　　[5] 楊宏麗.基于80C196單片機的模糊控制系統.微計算機信息，2005，（03）