极谱仪中搅拌电机速度的自动控制

1、极谱仪中搅拌电机速度的自动控制极谱分析中除使用滴汞、悬汞和静汞电极外,儿乎所有的电镀、富集过程都需搅拌杂质溶液,以达到快速、 均匀富集、提高分析灵敏度的h的。h前各类阳极溶出法分析仪、电位溶出法分析仪，以及微机化伏安仪 等，均采用分离式的搅拌控制系统控制工作电极旋转，即在仪器外另设一个电源装置和一套控制电路，通 过手动设定转速，搅拌时间由仪器内部的硕件或软件给出，控制一台15贾玄流电机定时、定速转动，搅拌 杂质溶液。还有相当部分的旧式极谱仪釆用电磁搅拌方式。这种控制方法，存在速度控制粘度低、仪器体 积大等缺点。为了提高控制精度，我们开发出一种适用于小型多功能自动化极谱仪用的搅拌自动控制系统,

2、实现对搅拌电机速度的控制。定电压v,是按极谱分析转速要求所给定的速度控制模拟量。v.山计算机送出 对应的数字量，经过d/a转换，输出与转速成比例的电压值。驱动5份小型直流伺服电机给定电压v.和速 度反馈电压v,进行比较、电压放人和功率放大后，驱动电机在给定速度下转动。外界因索如负载变化， 电源波动等会影响转速变化，这种变化反映出v,的大小变化，经过与v.比较放大后、最终将电机传速控 制在一个恒定值上。2破件设计总体框图如图1所示。木系统采用80, 8单片机控制5百小型直流电机，定时精度为m。级，最大转速误 差小于0.02%。可实现正、反转，连续可控。控制电路与仪器装于一体，采用std标准接口，

3、控制、维修 十分方便，大大缩小了仪器体积。2速度控制过程速度探测器部分采用了 10()脉冲制的步进编码器速度传感器，紧作近小型直流电动机主轴一侧。电机直接 带动工作电极转动。速度给定电压v,是按极谱分析转速耍所给定的速度控制模拟量。v.由计算机送出对应 的数字量，经过d/a转换，输出与转速成比例的电压值。驱动5份小型直流伺服电机给定电压v.和速度反 馈电压v,进行比较、电压放大和功率放大后，驱动电机在给定速度下转动。外界因索如负载变化，电源 波动等会影响转速变化，这种变化反映出v,的大小变化，经过与v.比较放大后、瑕终将电机转速控制在 一个恒定值上。2.2电路各部分功能速度控制电路如图2所示。

4、各部分功能如下：221速度给定屯压v.v。由12位d/a转换器dac 232给出，采用双极性输出是为了正反转搅拌的需要 而设计的。最小速度控制分辨率为3000r/o in/(2儿一 1)之073r/min,最大转速误差为0.73/3000, 0.02%, 这种误差足以满足搅拌楷度的要求。2.2.2差动放大与功率放大v.经r:,、u,:,分压后由跟随器is输出。ic。为差动电压放大器，将v.与一 v,比较放大到足以驱动功放电路。t,、n:、r:,和t。、d3、r:.起过流保护作用，保护功放管t;和t。 d:、d;是续流二极管，以防止、t。被感性负载的反电动势击穿。223速度负反馈电路速度负反馈电

5、路是由整形、f/v转换、滤波、相位补偿、方向识别和正反转极性控制 几部分构成。波形整形速度传感器检测电路送出a、b两相相位相差”。的脉冲，由于各种干扰产生畸变, 需要整形。整形由晶体管反和器t:、t:及积分电路n,、e:, r:、e:和施密特触发器455魂构成。整形厉a、 b两相脉冲接近理想方波脉冲。b单稳态多谐振荡器利用定时器5“单稳态电路产生与a相信号频率成正比的脉冲电压。脉冲宽度t、由r。、 c'值决定:th 二 1.irc取 r。.skq, e.二 0, 一认 f,得 t、“0lm。c. 低通有源滤波山r.、c。，r,和c,及运放构成。单稳态多谐振荡器输出的脉冲电压经有源滤波后

6、，得 到的平均电压与a相脉冲信号频率成正比。因此，完成了反馈系统的护/v转换。d. 相位补偿利用滞后一超前相位补偿电路r:,、c.和r:、c。实现相位补偿，h的是为了改善系统的速度 响应特性。不加补偿,系统增益12db,相位极限仅25“。补偿后增益利相位极限分别提高到4odb和47。， 效果十分明显。e.转动方向识别由d触发器、模拟开关4“3和运放构成。a相脉冲作d触发器的cp脉冲， b和脉冲作数据输入。正转时b和超前a和，0。，d触发器输出爲电平，选通4053的xx:通道，这时反 馈电压加到运放的反相输入端，完成v,的极性变换。反传时，a相超前b相，。“，d触发器输出低电平, 选通4053的

7、x-x。通道，v,加到运放同相端，此时运放为电压跟随器。选r:，研:。二4仆9,则经运放 后vr人小和极性都不变。2.3齐部分传递函数及増益计算3软件设计釆用8。，8汇编语言编制程序。电机转速、转动时间、停止时间采用汉字提示，人机对话方式，山用户通 过键盘键入所需数值。程序设计采用模块化，分为电机转速子程序、延时子程序。3.1电机转速控制的数学模型从-3000r/o in+3000r/, in 速度范围的任一转速 n 的数学模型为 d - int(nx613000+6)x4095/12(,)通过 键盘键入值为十进制数，把该值以bcd码形式存入寄存器ax中，计算出电机转速对应的数字量。d<

8、80h 为电机反转，d80h为电机正转。式中6/3。为毎增加一转需要增加的电压值。因为电机转速一 30000r/min+300or/min转，对应的电压为6v+6v,相应数字量为。fffh。要求出某一转速下对应的数字 量,应求出相对一 6v的绝对电压值,所以要加6。3-2定时控制 延时程序采川寄存器减1的方法。80, 8的晶振频率为6mh:,每一个机器周期延时时间为。4, 8卜。， 然后根据每执行一条拆令的机器周期数，算出。.5。需循环几次，该值赋给寄存器bx为基木延时单位。调 用该延时程序前要把键入的转动(或停止)时间的十进制数转换为二进制数，并计算出每次延时0.5需儿次才 能达到所需耍的时

9、间，输入给寄存器ax。3.3程序流程图根据电机转速控制的数字模型及定时控制的要求，进行软件的编制。通过显示屏菜单提示的电机转速和转 动时间，从键入相应的转速和时间到电机转动的程序流程如图3所示。谧稳定性分析速度负反馈控制的最 终h的，是耍抑制外界干扰的影响，使系统变量接近设计值。为此系统本身必须是稳定的。多种凶素影响 系统的稳定性，但增益和频率特性是影响稳定性的主耍因素，需耍厘点考虑。随着负载;转竝增加，电机转速会下降。实际转速n和给定转速n。z差与给定转速之比ah/n。为速 度波动率。系统总直流増益越大,速度波动率越小。山于系统中存在惯性，太鬲的增益反而会使系统振荡, 使稳定性下降。多数情况

10、下，一般伺服系统的増益和相位极限分别控制在20db利4。“左右。系统是否稳 定可以由增益和相位关系的bode曲线加以分析。如果相位交叉处对应的增益为负，则系统是稳定的，反z 系统不稳定。同样，也可以根据相位角判断。如果增益交又处相位角大于一 180度，则系统是稳定的;小于 一 1x0度，系统是不稳定的。就木系统而言.朱加补偿电路前增益为12db,但相位极限仅25。，系统是不 稳定的。表现出从发出速度拆令到电机起动达到给速度过程很长，约7ooms,而且产生严重波动。牺牲增 益换取稳定性提高的办法是不可取的，因为增益下降会引起速度波动率增加。切实可行的办法是在保证足 够增益前提下，用相位补偿措施扩大相位极限。增加r:、c.和r:c,滞后一超前相位补偿电路后，效果 是明显的。补偿后的bode曲线和系统速度响应如图4(a)、(幼所示。由图可见,系统增益提高到13db,相 位