关于单片机PID驱动步进电机控制阀门的思路

ID:997026 · 发表于 2023-1-3 16:30

大家好，

我现在需要做一个产品，该产品主要用来稳定气体流量，也就是通过一个步进电机来控制阀门开合，流量大了，就把阀门开小一点，流量小了，就把阀门开达一点，通过步进电机不断调节阀门开度来把气体流量最终稳定在某一个值。
这个阀门是自带流量检测传感器的，可以实时测量从阀门流过的气体流量。

比如我现在要把流量稳定在10L/min，阀门传感器检测到当前流量是5L/min，那么单片机需要控制步进电机把阀门开大一点，这里是闭环控制，10L是目标值，5L是测量值，通过PID算法控制步进电机，进而控制阀门开合。

这里有个问题，这种应用场景，我理解是不是不需要计算步进电机的转动角度了？也就是不需要计算步进电机当前在什么位置，然后转动多少位置了？所以也不需要编码器之类的东西来记录步进电机位置了？不知道我的理解对不对？

因为我的最终被控对象是流量大小，当单片机接收到设置流量与当前流量的差值后，将差值反馈给单片机PID，PID根据这个差值计算出一个值，然后用这个值去控制步进电机驱动阀门转过一定角度，所以这里要把这个流量误差值转换为对应的阀门转动的角度值，这里不知道怎么对应起来？

假设我的阀门的最大开度是720度（开度范围0~720度），如果0开度对应流量是0，720度开度对应流量20L，此时PID计算后得到的增量值为X, 设阀门需要转动的角度为Y，那么20/720=X/Y，通过这个式子可以计算出Y的值，也就是步进电机驱动阀门转动的角度。不知道我的理解对不对？

所以总结下，
应该全程都不需要记录步进电机的位置，只需要计算流量误差值与阀门转动的角度的对应关系就行了。
比如这次我把流量稳定在10L，然后我关机了，然后再开机，设置流量稳定到15L，那么上一次电机和阀门应该停在10L位置，这次设置到15L后，PID启动，检测到误差值，PID会不断调整电机位置然后让其稳定在15L。所以我理解是，不管什么应用场景，我应该都不需要管步进电机的位置了，不知道这个理解对不对？

以前没用PID算法，写了大量代码来检测步进电机的位置，也就是电机转过多少角度对应多少流量，这个对应关系是死的。现在用了PID，我想了下，好像不需要检测电机位置了，因为PID会根据测到的流量误差来调整阀门开度，位置好像不重要了。刚开始做PID，理解不是很深入，希望给位前辈不吝赐教！

ID:891041 · 发表于 2023-1-3 17:10

是你把自己当成PID。你能看到反馈流量的话。你就知道流量不够该往哪个方向拧。这个过程你并不需要知道绝对位置。

ID:883242 · 发表于 2023-1-3 17:19

步进电机本来就是个低成本方案，当然不需要位置检测，如果真的需要位置检测，闭环控制，请换伺服电机。

当然，步进电机在系统里面往往还是要有个初始位置检测，上电后先运转到初始位置，以后就完全靠开环控制，单片机或PLC等控制器内部计算实际位置，并不检测。

ID:401564 · 发表于 2023-1-3 20:42

气体通过阀门之后,要先有一个缓冲,其实就是一节大点的管子,然后再检测.作用相当于滤波
先看看整体有反应速度,如果不是太慢的话,用PI控制就行了,很多时候没有必要用PID的
步进电机不需要检测位置的,你只管控制就行了,流量大了就减小角度,流量小了就增加角度
PID控制代码,来去就是那几行,但更多的是实际参数的调节

ID:1060215 · 发表于 2023-1-4 11:00

第一、其实这个并不一定要用PID控制直接检测流量然后调整步进就行了。
第二、步进电机也要有初始位置检测或者最大位置检测，另外步进电机容易丢步，要考虑到丢步情况，最后，当供气故障或者气流最大值小于设定值时，若没有最大位置检测，会造成步进或设备的损坏，建议加一个编码器来增加稳定性。
第三、有个东西叫比例阀，感觉比你这个步进控制方式好一些，并且直接用电信号控制阀的开度，控制更简单，可以发挥PID的优势。
第四、我去年做了一款相同的产品，有需要可以进一步交流。

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