土壤養(yǎng)分分析對磁力攪拌器提出了較高的要求。比如 ,磁棒轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度高 ,且連續(xù)可調(diào);液體溫度穩(wěn)定度高,且連續(xù)可調(diào) ;定時(shí)準(zhǔn)確, 且連續(xù)可調(diào)等。

為了穩(wěn)定磁棒轉(zhuǎn)速,采用霍爾接近開關(guān)直接檢測磁棒轉(zhuǎn)速, 每轉(zhuǎn)一圈 ,接近開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號, 單片機(jī)將磁棒實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較, 通過軟件 PID 控制, **終使磁棒轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定值。硬件框圖如圖 1 所示。磁棒轉(zhuǎn)速控制的特點(diǎn):
 
(1)由于慣性和液體阻力的原因, 如電機(jī)啟動轉(zhuǎn)速太快, 磁棒將跟不上電機(jī)旋轉(zhuǎn) ,出現(xiàn)啟動失敗。
 
(2)由于磁極間的引力 ,使磁棒與三角瓶之間的靜摩擦較大, 克服靜摩擦而起轉(zhuǎn)后 , 轉(zhuǎn)速突然上升, 可能產(chǎn)生超調(diào)。

(3)若磁棒受阻而減速(比如與瓶體碰撞), 一旦滯后大于 180 度 , 就會丟失一個(gè)脈沖,造成檢測錯(cuò)誤。

根據(jù)上述特點(diǎn), 采用積分分離 PID 算法,并加入數(shù)字濾波及轉(zhuǎn)速緩升控制 ,PID 算式如下 :



設(shè)給定轉(zhuǎn)速為 Ng ,則給定的旋轉(zhuǎn)周期為:Tg =60000/Ng(m s);設(shè)第 K 圈的周期為 T k ,則第 k 次誤差為 :Ek =Tg -Tk (ms)。Ek -1為第 K -1 次誤差,kp 為比例系數(shù) ,ki 為積分系數(shù), Vk 為第 K 次電壓增量。
 
磁力攪拌器剛啟動時(shí), 誤差較大(Ek >Δ), 為防止啟動轉(zhuǎn)速太快造成啟動失敗, 此時(shí)取積分系數(shù) ki =0(積分分離),而采用轉(zhuǎn)速緩升控制, 使磁棒轉(zhuǎn)速逐步升高 。當(dāng)磁棒轉(zhuǎn)速接近給定值 (Ek <Δ),加入積分作用,以保證穩(wěn)態(tài)精度 。由于每轉(zhuǎn)一圈采一次樣 ,調(diào)整一次 ,因此調(diào)整過程很快 ,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性和動態(tài)性能都很好。