一种比例电磁铁控制电路的设计
比例电磁铁动态特性CAT系统设计
Ｐ 信 号 Ｃ
０ －５Ｖ
２ 电磁铁 Ｃ Ｔ系统 的 实现原 理 Ａ
２ １ 电磁铁 Ｃ 磁铁测试工况 的切换 。
Ｃ Ｔ系统按 图 １的方式 构 成 。计算 机发 出 动态 Ａ 特性 测试所 需要 的各 类信 号 后 ，由位 移传 感 器 采集
电磁 铁 的输 出信 号后进 行 相应 动态 特 性 测试 指标 的 分析。
ｏ ｈ ｏ ｌｔ ｄ ｉｔ ｒ ｃ ｉ ｕ ｔ ，ｔ ｅ ｔ ｓ ｎ ｒ ｇ ａ ｗ ｓ ｃ ｍｐ ｌｄ ｔ ｕ ｏ ｔ ａ ｌ ａ ｅ ｔ ｅ ｔｓｓ ｏ ｙ ａ ｃ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓｏ ｒ — ｎ ｔ ｅ ｃ ｍｐ ｅｅ ｎ ｅｆ ｅ ｃｒ ｉ ｈ ｅ ｔ ｇ ｐ ｏ ｒｍ ａ ｏ ｉ ａ ｔｍａｉ ｌ ｔ ｋ ｔ ｎ ｄ ｎ ｍｉ ｈ ｃｅ ｔ ｆｐ ｏ ａ ｃ ｓ ｉ ｅ ｏ ｃ ｙ ｈ ｅ ｒ ｉ ｃ
２１ ０ ２年 １月 第４ ０卷 第 ２期
机 床与液压
Ｍ ＡＣＨＩ ＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ ＣＳ Ｉ
Ｊ ｎ．２ ２ ａ ０１
smc比例阀工作原理
smc比例阀工作原理
SMC比例阀是一种电液比例控制元件，主要由阀芯、阀体、电磁铁以及控制电路等组成。
其工作原理如下：
1. 控制信号输入：控制信号从外部输入，通过控制电路进行处理和放大。
2. 电磁铁作用：经过处理后的控制信号通过控制电路传送给电磁铁，使电磁铁得到不同的电流来改变其磁场强度。
3. 磁场作用力：电磁铁产生的磁场作用力使阀芯产生位移。
4. 阀芯调节流量：阀芯的位移使得阀体中的通过口的有效面积发生变化，从而调节液体或气体的流量大小。
5. 反馈控制：通过传感器将实际流量或压力的信号反馈给控制器，在控制器中进行比较与处理后，调整控制信号的大小，达到对液体或气体流量的精确控制。
通过电磁铁的控制，比例阀可以根据设定的控制信号调节阀芯的位移，实现对流量的精确控制。
比例电磁阀电磁设计流程
比例电磁阀电磁设计流程1. 比例电磁铁的结构原理比例电磁铁结构主要由衔铁、导套、极靴、壳体、线圈、推杆等组成。
其工作原理是：磁力线总是具有沿着磁阻最小的路径闭合，并有力图缩短磁通路径以减小磁阻，如图1。
图1 比例电磁铁的剖面图普通电磁铁就是一个开关量，不是开就是关，关的时候开口最小，开的时候开口最大，没有办法调节；比例电磁铁是根据给定电流的大小决定阀开口的大小，是一个连续的过程。
比例电磁铁和普通的电磁铁区别就是比例电磁铁是普通电磁铁加一个弹簧，可以使比例电磁铁输出的力和电流成比例关系，和位移无关，所以比例电磁铁必须具有水平吸力特性，即在工作区内，其输出力的大小只与电流有关，与衔铁位移无关。
若电磁铁的吸力不显水平特性，弹簧曲线与电磁力曲线族只有有限的几个交点，这意味着不能进隔磁环采用非导磁材料——通常为黄铜，嵌在前后导套的中间，减少电磁铁即将闭合时急剧增大的电磁力，使整个电磁力变的平稳。
导套前段和极靴组合，形成带锥形端部的盆形极靴，导套和外筒间配置同心螺线管式控制线圈。
外壳采用导磁材料，以形成磁回路。
同时为了衔铁可以左右运动，在左端有挡板，在右端装有弹簧组成的调零机构。
2. 比例电磁铁的特性2.1 电磁力 当给比例电磁铁控制线圈通入一定电流时，在线圈电流控制磁势左右下，形成两条磁路，如图3所示，一条磁路1φ由前端盖经盆形极靴底部沿轴向工作气隙进入衔铁，穿过导套后段、导磁外壳回到前端盖极靴，产生轴向力1M F ；另一条磁路2φ经盆形极靴锥形周边（导套前段）径向穿过工作气隙，再进入衔铁，而后与1φ汇合形成附加轴向力2M F ，二者综合得到比例电磁铁输出力MF ，如图2所示电流-力-行程特性，在比例电磁铁衔铁的整个行程区内，电磁力特性并不全是水平曲线，可将其分为3个区域。
在工作气隙接近于零的区域，输出力急剧上升，称为吸合区，比例电磁铁在这一区域不能正常工作，一般在结构上采用非导磁材料限位片将其排除；当工作气隙过大时，电磁铁输出力明显下降，这一区域称为空行程区域，这一区域电磁铁虽然也不能正常工作，但有时是需要的；在吸合区和空行程区之间的区域，具有近似的水平力-位移特性，这一区域称为工作区。
单片机的比例电磁铁控制技术
单片机的比例电磁铁控制技术比例电磁铁作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用于各种自动化控制系统中；比例电磁铁的推力大，结构简单，维护方便，成本低廉，是应用非常广泛的电—机械转换器[1]；比例电磁铁的特性及工作的可靠性，对于整个控制系统具有十分重要的影响，是决定控制系统品质的关键部件之一。
"比例电磁铁作为电—机械转换元件，其功能是将比例控制放大器输给的电流信号，转换成位移或者力信号输出。
比例电磁铁适用于直流电压为24V比例控制放大器的控制线路中，作为连续地、按比例地控制系统执行元件的运动、速度和方向的动力元件。
比例电磁铁在其额定行程范围内的推力与通入其线圈的电流成正比，可在其他需要作用力自动控制的装置上作为线性动力元件，如自动油门控制等。
当电磁铁与单片机一起构成一个自动控制系统时,由于电磁铁的工作电压较高,工作电流较大，因此单片机与比例电磁铁之间接口电路的设计是一个关键。
随着微电子技术和计算机技术的发展，比例电磁铁的需求量与日俱增，在各个控制领域都有应用。
下面介绍比例电磁铁的控制技术。
1PWM驱动的基本原理及特点PWM（PulseWidthModulation,脉冲宽度调制）技术是利用半导体开关器件的导通和关断，把直流电压变成电压脉冲列，并通过控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期来达到变压、变频目的的一种控制技术[2]。
也就是用脉冲宽度不等的一系列等幅值的矩形脉冲去逼近一个所需要的电流或电压信号。
PWM驱动电路，是广泛应用于高精度控制系统的驱动形式。
这种电路能够实现宽范围的速度和位置控制，较之常规驱动方式具有无可比拟的优点。
PWM 驱动电路线路简单、快速性好、线性度好、效率高的优点，使其广泛应用于测量、通信、功率控制与变换的许多领域中。
本设计利用PWM驱动电路所需大功率可控器件少、调速范围宽、快速性好、效率高，功耗低的特点，用C8051F005单片机直接输出的PWM信号经过驱动电路，然后配合合适的控制算法（PID算法或模糊控制算法等）去控制比例电磁铁，可实现离合器的精确控制，对于电控离合器控制系统的研究有很好的参考价值。
基于前馈补偿的比例电磁阀控制方法
基于前馈补偿的比例电磁阀控制方法孙菊妹【摘要】比例电磁阀工况复杂,具有非线性、时变性等变化特点,传统控制方法难以对其进行精确控制,存在响应时间长,超调量大等弊端.为了解决当前比例电磁阀控制过程中的难题,为了获得理想的比例电磁阀控制效果,设计了一种基于前馈补偿的比例电磁阀控制方法.首先根据比例电磁阀的工作特点,建立比例电磁阀非线性变化的传递函数,然后采用复合控制器对比例电磁阀稳定性进行控制,实现比例电磁阀控制误差前馈补偿,并引入人工鱼群算法优化神经网络对PID控制器参数进行在线优化,最后在MATLAB 2016平台上与传统比例电磁阀控制方法进行了仿真模拟对比测试.实验结果表明,本文方法可以很好跟踪比例电磁阀的时变特性,改善了比例电磁阀的控制效果,缩短了响应时间,控制实时性更好,减少了超调量,比例电磁阀的整体控制效果要明显优于比对方法,具有更高的实际应用价值.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2019(042)001【总页数】5页(P106-110)【关键词】比例阀;人工鱼群算法;非线性变化;PID控制器;神经网络【作者】孙菊妹【作者单位】常州工程职业技术学院智能装备与信息工程学院,江苏常州213164【正文语种】中文【中图分类】TH137比例电磁阀采用比例控制技术,工作过程十分简单,价格低廉,具有较强的抗油污、抗噪能力,而且控制精度高,成为工业控制系统的核心部件,广泛应用于各行各业中,如冶金、机械,对其进行研究具有十分重要的实际应用价值。
在比例电磁阀的工作过程中,由于各种因素的综合影响和干扰,如电流、温度等,使得比例电磁阀具有非线性、时变性和非平稳性等变化特点,对工业控制系统的控制性能和稳定产生影响,难以保证理想的工作状态,因此如何设计高精度的比例电磁阀控制方法成为一个重要的研究课题[1-3]。
针对比例电磁阀控制问题,国内外学者采用多种技术和手段进行了一系列的研究,设计了许多比例电磁阀控制优化方法[4]。
大功率高频响比例电磁铁推拉储能式PWM驱动电路研究
大功率高频响比例电磁铁推拉储能式PWM驱动电路研究大功率高频响比例电磁铁推拉储能式PWM驱动电路研究摘要：本文研究了一种大功率高频响比例电磁铁推拉储能式PWM驱动电路，该电路采用了储能元件来提高驱动电磁铁的效率和稳定性。
通过实验验证，该电路在大功率和高频率工作条件下具有较好的稳定性和响应速度，适用于工业自动化领域的电磁铁驱动系统。
关键词：大功率；高频响比例；电磁铁驱动；储能式PWM 1. 引言电磁铁是一种重要的工业自动化装置，广泛应用于机械、仪表控制、电力等领域。
随着自动化技术的发展，对电磁铁驱动系统的要求越来越高，特别是在大功率和高频率工作条件下。
传统的PWM驱动电路在大功率和高频率条件下往往存在效率低、响应慢、稳定性差等问题。
因此，研究一种适用于大功率高频响比例驱动电磁铁的储能式PWM驱动电路具有重要的理论和实际意义。
2. 系统结构本文设计了一种大功率高频响比例电磁铁推拉储能式PWM驱动电路，其主要包括储能元件、H桥电路、比例控制电路和PWM控制电路四个部分。
2.1 储能元件储能元件是电磁铁驱动系统的核心部件，用于存储能量和提供稳定的电压输出。
本文采用了储能电感元件，其具有更高的储能效率和更快的响应速度。
2.2 H桥电路H桥电路是电磁铁的驱动器，用于控制电磁铁的正、反向运动。
本文采用了高功率的MOSFET管来构建H桥电路，以提供足够的功率输出和响应速度。
2.3 比例控制电路比例控制电路是根据输入控制信号的幅度来调整电磁铁的推力或拉力的大小。
本文采用了滑动模式控制方法，通过调整占空比来控制电磁铁的推拉力大小。
2.4 PWM控制电路PWM控制电路根据比例控制电路输出的信号，通过改变PWM信号的频率和占空比，来控制电磁铁的推拉速度和响应时间。
本文采用了基于STM32单片机的PWM控制电路，具有高精度和快速响应的特点。
3. 实验结果与分析通过对该电路的实验测试，得出以下结论：3.1 储能电感元件能够有效提高储能功率和响应速度，在大功率和高频率条件下具有较好的稳定性。
一种比例电磁铁测试系统的研制
作者简介:宁涛(1983-),男,山东省人,工程师,主要从事电机控制及电力电子相关技术研究。
一种比例电磁铁测试系统的研制*宁涛,刘延飞,沈承,王县(总后勤部建筑工程研究所,陕西西安710032)摘要:根据比例电磁铁的结构特征及其性能特点,结合传感器与控制技术,研制了比例电磁铁性能测试平台。
以LabVIE W 为开发环境,结合数据库技术设计了相应的测试软件,实现了比例电磁铁性能的自动化精准测试,并对某型号的比例电磁铁进行了具体试验与分析。
研究结果表明,该测试系统操作方便安全,测试结果准确可靠,适用于常见比例电磁铁性能特性的测试。
关键词:比例电磁铁;测试系统;数据采集和处理do:i 10.3969/.j issn .10034250.2010.04.009中图分类号:T M 930.9文献标识码:A文章编号:10034250(2010)040030030引言比例电磁铁是电气比例控制系统中的关键执行器件。
作为一个动力元件,比例电磁铁的静、动态性能直接影响到由它所构成的元件及装置的整体性能,通过对电磁铁静、动态特性的分析,可以预示比例电磁铁的力-位移水平特性、工作行程等重要特性,对电磁铁的设计制造和实际应用具有一定的参考价值。
目前,比例电磁铁的应用已深入到众多工程自动化领域,对其性能的测试方案也逐步由传统的传感器+数据记录模式发展为基于计算机技术的半自动化测试系统,但由于测试方案或硬件单元设计不合理,造成系统功能过于简单、自动化程度不高或者系统结构复杂、测试精度不够高等问题。
因此,结合现有的测试技术与软件技术等,我们提出一种软硬件结合、测试精准、功能齐全、自动化程度高的比例电磁铁性能测试系统。
1测试系统的硬件及软件构成1.1测试系统的硬件构成及相互关系此测试系统的硬件平台主要由电控单元、信号源、位移传感器、力传感器、电源系统、多功能数据采集卡、计算机、测试台架、打印机及其它连接或固定附件等组成。
测试系统的原理图与实物图,如图1所示。
比例电磁铁的设计计算
比例电磁铁的设计计算
比例电磁铁是一种能将输入的电信号按比例转换成机械量（力或位移）输出的电子控制元件。
以下是其设计计算方法：
对于螺管电磁铁而言，螺管力的大小是由沿线圈高度方向上单位长度的激磁安匝以及漏磁通两者所决定。
由此可知，增大激磁安匝和减小漏磁可以增大力。
增大安匝一方面会在材料、能源方面造成浪费；另方面会使得铁磁材料多处饱和。
虽然可以通过增大铁心厚度来处理饱和问题，但是当铁心厚度增大时，漏磁也会增大。
减小漏磁的方法是在衔铁和轭铁上开一些槽，可以改变漏磁通的方向得到比较大的力。
另外，采用正交优化和TABU搜索法对影响力的轭铁直径、衔铁直径、槽的尺寸等进行优化研究，得出了最终结果。
比例电磁铁具有结构紧凑、控制简单、反应迅速、动作可靠等优点，在电液比例控制中得到了广泛应用。
比例电磁阀的控制原理
比例电磁阀的控制原理
比例电磁阀是一种特殊的控制电磁阀，它的控制原理是通过对外输入的指令信号来控
制阀门的开度，从而使控制的流量和压力总是保持与指令信号相等的比例。
它采用了一种“位置反馈”技术，能够准确地根据流量控制信号调整阀门的位置，从而达到精确的控制
要求，因此它被广泛地用于精确的液压系统控制当中。
比例电磁阀的主要原理是：将流量控制信号和控制力当作电磁线圈的能量源，使电磁
铁控制阀门的开度，因此阀门的开度和流量控制信号的大小大致成正比。
根据流量的不同，每个控制位置有不同的流量值，这反馈给流量控制器，流量控制器又可以按照输出与此处
流量一样大小的信号来调节阀门的位置，从而实现精确的控制要求。
比例电磁阀的控制原理主要有三个方面：第一是由电信号的波动来影响阀门的开启程度；第二是通过电磁力来控制阀门的旋转；第三是根据阀门的转动情况，来控制阀门的开
启程度，然后把反馈的信号回路传给流量控制器，来实现对流量的控制。
比例电磁阀的工作过程可以概括为四个步骤。
第一，始终保持电源稳定，然后从控制
器中获取比例控制信号，传送到比例电磁阀中；第二，把比例控制信号转换成电磁力激励，从而控制阀门的旋转；第三，根据阀门的旋转来控制阀门的开启程度，然后反馈到控制器中；第四，依据反馈信号来调节阀门的弹簧，从而达到精确控制阀门的开启程度。
比例电磁阀是精确控制流量和压力的重要手段，它可以实现快速精确的流量和压力控制，广泛应用于各种液压系统控制中。
它采用“位置反馈”技术，可以精确控制阀门的开
启程度，从而实现杰出的控制效果，特别是在要求高质量的液压应用中，十分重要。
分合闸电磁铁的控制原理与电路设计
分合闸电磁铁的控制原理与电路设计电磁铁是一种可以产生磁场并具备吸引力的装置，被广泛应用于各种控制系统中。
在电力系统中，分合闸电磁铁充当着一个重要的角色，用于控制高压开关的分合操作。
本文将介绍分合闸电磁铁的控制原理并设计一个适用的电路。
一、分合闸电磁铁的控制原理分合闸电磁铁的控制原理基于电磁感应和电磁吸引力。
当电流通过分合闸电磁铁的线圈时，产生的磁场会吸引电磁铁上的铁芯，使得分合闸电磁铁闭合。
当电流停止或反向流动时，磁场减弱或消失，铁芯被释放，分合闸电磁铁打开。
因此，通过控制电流的通断与大小，可以实现对分合闸电磁铁的控制。
二、分合闸电磁铁的电路设计为了实现对分合闸电磁铁的精确控制，需要设计一个合适的电路。
以下是一个典型的分合闸电磁铁控制电路设计：1. 电源供电部分：电源供电部分需要能够提供足够的电流，以满足分合闸电磁铁的需求。
一般情况下，使用直流电源是最常见的选择。
选择适当的电源电压和电流等级，以满足实际应用要求。
2. 控制开关部分：控制开关用于控制电流的通断，从而实现对分合闸电磁铁的控制。
可以选择普通的电子开关，如继电器或晶体管。
根据需要，可以添加保护电路，如过压、过流保护，以确保分合闸电磁铁安全可靠的工作。
3. 电流控制部分：电流控制部分用于控制控制开关的导通和断开，从而控制电流的大小。
可以通过电阻、电容、电感等元件来实现对电流的精确控制。
根据分合闸电磁铁的特性和使用需求，选择合适的电流控制元件。
4. 保护部分：为了确保分合闸电磁铁和控制电路的安全可靠运行，需要添加适当的保护措施。
这包括过压保护、过流保护和过温保护等。
可以使用保险丝、热敏电阻等元件来实现这些保护功能。
需要注意的是，在设计分合闸电磁铁的控制电路时，应考虑电磁铁的额定工作电流、工作时间、环境温度和使用寿命等因素。
合理地选择电路元件和设计参数，以确保电磁铁的正常工作和长寿命。
结论本文介绍了分合闸电磁铁的控制原理和电路设计。
了解了分合闸电磁铁的工作原理后，我们可以根据实际需求设计一个适用的电路来控制分合闸电磁铁的分合操作。
比例电磁阀工作原理
比例电磁阀工作原理
比例电磁阀是一种通过改变电磁铁的输入电流来控制阀门的开度的装置。
它通过电磁铁的磁场作用于阀门，使阀门的开度与电磁铁的输入电流成正比。
具体工作原理如下：
1. 电磁铁：比例电磁阀的核心部件是电磁铁，它由线圈和铁芯组成。
当通过线圈通入电流时，电流在线圈中产生磁场，磁场作用于铁芯上，使铁芯受到吸引力或排斥力。
2. 阀门结构：比例电磁阀通常具有一个阀芯和阀座，阀芯可以根据磁场的变化来调整与阀座之间的间隙，从而控制流体的流量。
3. 控制电路：比例电磁阀的控制电路通过改变输入电流的大小来调整电磁铁的磁场强度。
根据电流的变化，电磁铁的磁场强度也随之变化，进而改变阀门的开度。
4. 反馈信号：为了保证阀门开度与输入电流之间的精确关系，比例电磁阀通常还配备有反馈传感器。
该传感器可以实时监测阀门的开度，并将阀门开度的反馈信号发送给控制电路，以进行调整。
总体上，比例电磁阀通过电磁铁的磁场作用于阀门，通过控制电路调整电磁铁的输入电流来改变阀门的开度，从而实现对流体流量的精确控制。
通过反馈传感器，可以实时监测和调整阀门的开度，以满足不同工况下的需求。
一种能实现电磁铁快速换向的控制电路
74ELECTRONIC ENGINEERING & PRODUCT WORLD 2021.9设计应用esign & ApplicationD一种能实现电磁铁快速换向的控制电路A control circuit for realizing fast commutation of electromagnet刘燕芳1，伍岸盈2 （1.广州华商职业学院；2.广州市增城区职业技术学校，广州 511300）摘 要：目前电磁铁已经广泛应用于办公自动化（OA）产品（如打印机、扫描仪）及金融电子设备（如ATM、VTM、清分机等）的通道换向结构中，其换向的可靠性虽然已经得到业界的普遍认可，但随着科技日新月异，对OA产品及金融电子设备的运行速度要求越来越快。
而在一定的换向通道长度（即换向触发传感器至换向器之间通道距离）情况下，通道换向的响应速度直接制约了机器的运行速度，所以提升通道的换向速度已经成为提升OA产品或金融电子设备运行速度的一个决定性因素。
关键词：快速换向；电磁铁；控制电路0 引言电磁铁是利用载流铁心线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置，以完成预期动作的一种电器，是将电能转换为机械能的一种电磁元件。
因其具备控制的简便性，工作稳定性及可靠性，所以在OA 产品及金融电子设备的换向结构上得到广泛的应用。
但科技的发展对产品的运行速度不断提出新要求，传统的电磁铁控制电路制约了电磁铁的响应速度[1]，从而影响了产品运行速度的提升。
本文将结合OA 产品的通道换向机构，重点分析传统的电磁铁控制电路的弊端，介绍基于传统的电磁铁控制电路进行改良，实现电磁铁快速换向的新型控制电路。
1 传统电磁铁控制电路的弊端分析图1为通常应用于OA 产品输送通道上的电磁铁换向机构，其工作原理是采用直线电磁铁对换向块进行两个方向的通道切换。
电磁铁的传统控制电路如图2所示，使用一只MOS 管V1对电磁铁进行驱动，输入信号ON _OFF 为高电平时，V1的D 、S 端导通，DC 36 V 电源驱动电磁铁吸合而连通通道方向1；相反，当输入信号ON _OFF 为低电平时，V1关闭输出，电磁铁在回位弹簧的作用下恢复到通道方向2。
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第4期2011年4月工矿自动化Industry and M ine A ut omatio nNo.4 Apr.2011文章编号:1671-251X(2011)04-0074-03一种比例电磁铁控制电路的设计赵江辉, 王淑红(太原理工大学电气与动力工程学院,山西太原 030024)摘要:采用AT89S51单片机设计了一种比例电磁铁控制电路。
该电路首先由AD 转换电路将采集到的模拟量信号转换为数字量后输入AT89S51进行处理,AT 89S51输出的PWM 信号经功率转换电路处理后作用于比例电磁铁,从而控制比例电磁铁动作。
调试运行结果验证了该电路的有效性。
关键词:比例阀;比例电磁铁;单片机控制;压力传感器 中图分类号:TD679 文献标识码:BDesign of a Cont rol Circuit of Proport ional SolenoidZH AO Jiang hui, WA NG Shu hong(College of E lectr ical and Pow er Engineering of T aiyuan University of T echnolo gy,Taiyuan 030024,China)Abstract :T he paper introduced a design o f co ntro l circuit o f pr opo rtio nal so lenoid based on AT89S52sing le chip micr ocom puter.T he circuit uses ADC circuit to conv er t collected analog signals into dig ital sig nals for further pr ocession by AT89S51,and PWM sig nal output by AT 89S51to make propo rtio nal solenoid act after processio n of po w er conversio n circuit.The debug ging and running results show ed validity of the circuit.Key words :proportional valve,proportional so lenoid,co ntrol by single chip microcomputer,pressur e senso r 收稿日期:2010-12-20基金项目:山西省自然科学基金资助项目(2008012005-1)作者简介:赵江辉(1986-),男,山西吕梁人,硕士研究生,研究方向为电机与电器。
E m ail:w enshu i200@0 引言比例电磁铁结构简单,控制方便,容易维修,是应用非常广泛的电-机械转换器[1],其力能特性和工作可靠性对整个控制系统有十分重要的影响。
比例电磁铁在额定行程范围内的推力与线圈上的电流大小成正比,通常用作液压元件比例阀的执行元件,用于将比例控制放大器输出的电流信号变化转换成相应的位移或力信号变化,适用于DC 24V 的比例控制放大器控制系统。
比例电磁铁作为比例阀的执行元件,其力能特性的好坏直接关系到比例阀的性能输出,因此,有必要设计一种控制电路,使比例电磁铁的输出性能满足比例阀的实际工作要求。
本文采用AT89S51单片机设计了一种比例电磁铁控制电路。
该电路通过AT89S51输出的PWM 信号[2]来控制比例电磁铁动作,使其达到理想的力能输出特性。
1 电路整体设计根据可靠性、经济性、稳定性的设计原则,将比例电磁铁控制电路分为AD 转换模块、主控制器、功率转换模块和执行器件这4个功能模块,如图1所示。
其中AD 转换模块用于接收外界输入的模拟信号,输出可供主控制器接收的标准信号;主控制器模块以AT 89S51为核心,输出PWM 信号来控制功率转换模块中的开关器件,达到调整输出电流的目的,调整后的电流信号进入执行器件(本文指比例电磁铁),使其输出预期的位移与力信号。
图1 比例电磁铁控制电路组成2 电路硬件设计2.1 主控制器比例电磁铁控制电路的主控制器选用ATM EL 公司生产的低功耗、高性能CMOS 8位单片机AT 89S51,其片内含4KB 系统可编程FLASH ,采用高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准8051指令系统及引脚,可灵活应用于各种控制领域。
AT 89S51具有32个可编程IO 口、2个16位定时/计数器、6个中断源,具有低功耗空闲和掉电模式。
其全静态工作模式为0~33MH z,工作电压范围为4.0~ 5.5V 。
主控制器电路采用AT 89S51最小控制系统,详见参考文献[2]。
2.2 AD 转换模块AT 89S51作为控制信号发生源,要不断接收外界信号采集与转换元件(即压力传感器)传输与反馈的信号,同时根据内置的PID 控制算法[3]输出相应的控制信号来控制比例电磁铁动作。
由于外界信号大多为模拟信号,不能直接被AT 89S51接收,需要设计AD 转换模块将模拟量转换为数字信号。
该控制电路的AD 转换模块电路如图2所示。
触发器SN74AS74提供AD 转换电路的时钟与频率信号,用来保证转换的顺利进行。
SN 74LS373作为地址锁存器控制不同的输入端口地址,以保证输入的有序进行。
ADC0809芯片接收外界压力传感器的电压等模拟量,通过不同的端口地址将模拟量转换为数字信号后输入AT 89S51。
2.3 功率转换模块由于比例电磁铁的运动特性是靠电流的变化做往返直线运动,所以控制电路的功率转换模块采用H 型桥式功率电路[4](见图3),通过电流方向的变化实现比例电磁铁运动方向的变化。
图2 AD 转换模块电路图3中,功率开关器件采用IR 公司生产的IR640系列MOSFET 管,驱动芯片采用IR2110。
IR2110兼有光耦隔离(体积小)和电磁隔离(速度快)的优点,是中小功率变换装置中驱动器件的首选。
IR2110为双通道驱动器,由AT89S51输出的PWM 信号经过隔离放大后输入IR2110的H IN 和LIN 端口,经过处理后由H O 和LO 端口输出,以驱动IR640。
为了保证电路的稳定性与信号响应的精度,在IR640两端加上稳压二极管与大电阻,以起到降低振荡和减少电流的作用。
由于IR640内部的续流二极管在高频开关动作下恢复时间不理想,故在IR640的漏源两端加上一个快速恢复二极管,图3 功率转换模块电路75 2011年第4期赵江辉等:一种比例电磁铁控制电路的设计用来保证功率转换模块电路的可靠运行。
当IR2110的SD端口为低电平时,在输入端H IN、LIN的上升沿时刻对应的输出端H O、LO有输出信号;当SD端口为高电平时,H O和IO口将同时关断,起到保护功率管和比例电磁铁的作用。
由于IR640需要足够高的栅极电压,因此,设计了自举电路,对于Q1来说,其自举电路由IR640两端的快恢复二极管D1和电容组成,通过C4的充放电功能达到抬高栅极电压的目的。
3 结语根据比例电磁铁输出量与其电流大小成比例的特性,采用AT89S51设计了一种比例电磁铁控制电路,通过不断地调试运行,达到了预期的目的,即通过调整输入电流的大小控制比例电磁铁力与位移的输出,具有较好的实际用途。
参考文献:[1] 王兆安,刘进军.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2009.[2] 张毅刚,彭喜元,姜守达,等.新编M CS-51单片机应用设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2003. [3] 许小庆,权龙,李斌.开关型电磁铁控制比例伺服阀的方法及实验研究[J].中国电机工程学报,2009(21):93 98.[4] 霍孟友,张光远.基于T M S320LF2407的直流直线电机控制系统设计[J].电加工与模具,2005(3):19 22.第4期 2011年4月工矿自动化Industry and M ine A ut omatio nNo.4Apr.2011文章编号:1671-251X(2011)04-0076-03 DOI:CNKI:32-1627/TP.20110329.0949.013基于单片机的电振给料控制电路的设计武志军(朝阳328转播台,辽宁朝阳 122000)摘要:针对电振给料控制电路中的触发电路采用单结晶体管触发方式和专用集成电路触发方式存在的问题,设计了一种基于单片机的电振给料控制电路;详细介绍了该电路的硬件结构及软件设计。
Proteus仿真结果验证了该电路的正确性。
关键词:电振给料;控制电路;触发电路;单片机;Pro teus仿真;ST C12C4052AD中图分类号:TD67 文献标识码:B 网络出版时间:2011-03-2909:49网络出版地址:http://w /kcms/detail/32.1627.TP.20110329.0949.013.htmlDesign of Control Circuit of Electric Vibrating FeedingBased on Sing le chip M icrocomputerWU Zhi jun(Chaoyang328T ranslator Station,Chaoy ang122000,China)Abstract:In view of problem s caused by trigger modes of unijunction transistor and specific integr ated cir cuit used in trig ger circuit of control cir cuit of electric v ibrating feeding,a contr ol circuit o f electric vibrating feeding based o n single chip m icrocomputer w as desig ned.H ardw are str ucture and softw ar e desig n of the circulit w ere intro duced in details.T he Proteus simulatio n r esult proved cor rectness of the cir cuit.Key words:electr ic vibrating feeding,co ntro l circuit,tr ig ger circuit,sing le chip microcomputer, Proteus sim ulation,ST C12C4052AD收稿日期:2011-01-11作者简介:武志军(1961-),男,辽宁朝阳人,高级工程师,现主要从事电子技术应用和广播电视技术方面的工作。