某脉宽调制数字快速电磁阀方案设计及仿真研究

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基于PWM快速电磁阀的驱动控制电路设计

第1期(总第177期)现代车用动力No.1(serial No.177)2020年2月MODEＲN VEHICLE POWEＲFeb.2020doi:10．3969/j．issn．1671－5446．2020．01．002网络出版时间:2020年4月网络出版地址:https://www．cnki．net/基于PWM快速电磁阀的驱动控制电路设计*于正同，时培燕，孙锴(中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，陕西西安710065)摘要:设计了一种快速电磁阀的驱动电路，通过增加接口保护电路，提高了高强度辐射场(HIＲF)防护能力和雷电防护能力。

该电路采用电流闭环控制方法、分组电流控制方法实现强激电流和维持电流独立控制，提高了快速电磁阀的响应速度和电流控制精度。

将快速阀控制电路应用于某航空发动机控制器进行验证，通过验证结果表明，该驱动控制电路能够满足快速电磁阀电流控制要求，并顺利通过HIＲF试验测试。

具有电流控制精度高、电流调节灵活和可靠性高等优点，可适用于航空、车载等控制领域。

关键词:强激电流;维持电流;高强度辐射场;电磁阀中图分类号:TM561．6文献标志码:A文章编号:1671－5446(2020)01－0006－04Design of Drive Circuit for PWM Controlled High Speed Electromagnetic ValveYU Zhengtong，SHI Peiyan，SUN Kai(AVIC Xi’an Aeronautical Computing TechniqueＲesearch Institute，Xi’an710065，China)Abstract:A driving circuit of fast electromagnetic valve is designed．By adding interface protection circuit，the ability of HIＲF protec-tion and lightning protection is improved．The circuit adopts current closed-loop and grouping control methods to realize strong pull-in current and hold-on current independent control，which improves the response speed and current control accuracy of fast electromagnet-ic valve．The fast electromagnetic valve control circuit is applied to an aero engine controller for verification．The results show that the drive control circuit can meet the current control requirements of the fast solenoid valve and pass the HIＲF test successfully．It has the characteristics of high current control accuracy，regulation flexibility and reliability．It can be applied to the control fields of aviation，vehicle and other control fields．Key words:pull-in current;hold-on current;high intensity radiated filed driver current;electromagnetic valve引言快速电磁阀主要用于航空航天发动机喷油控制领域，自从20世纪70年代问世以来，国内外许多厂家及公司对其结构与控制方法进行了研究，中国有关快速电磁阀的研究始于20世纪80年代后期。

数字脉宽调制器的设计毕业设计论文

Keywords: IGBT; driver circuit; comparator; counter
目
录
1 引言................................................................................................................................. 1 2 数字脉宽调制器的主电路............................................................................................. 2 2.1 自关断电子器件（IGBT）...................................................................................2 3 控制电路的设计.............................................................................................................. 5 3.1 脉宽调制电路........................................................................................................ 5 3.1.1 参考电压产生电路...................................................................................... 5 3.1.2 计数电路...................................................................................................... 5 3.1.3 A/D 转换器.................................................................................................. 7 3.1.4 用 555 定时器接成的多谐振荡器............................................................ 10 3.1.5 数值比较.................................................................................................... 15 3.1.6 锁存电路.................................................................................................... 16 3.2 直流稳压电源...................................................................................................... 17 3.3（IGBT）驱动电路..............................................................................................20 3.3.1 IGBT 对驱动电路的要求.........................................................................20 3.3.2 IGBT 的变压器隔离驱动.........................................................................21 3.3.3 IGBT 的直接驱动......................................................................................22 3.3.4 IGBT 的光耦隔离驱动.............................................................................23 3.3.5 IGBT 的集成模块驱动.............................................................................23 3.4 同步电路.............................................................................................................. 25 3.4.1 单相整流电路............................................................................................ 25 3.4.2 光电耦合器................................................................................................ 31 3.4.3 变压电路.................................................................................................... 33 3.4.4 计数清零.................................................................................................... 37 4 结论............................................................................................................................... 39 谢辞................................................................................................................................... 40 参考文献........................................................................................................................... 41 附录................................................................................................................................... 42 外文资料........................................................................................................................... 43 中文翻译........................................................................................................................... 45

基于matlab直流脉宽调速系统仿真研究

内蒙古科技大学控制系统仿真设计说明书题目：直流脉宽调速系统仿真研究学生姓名：学号：专业：测控技术与仪器班级：测控08—1班从七十年代开始，由于晶闸管直流调速系统的高效、无噪音和快速响应等优点而得到广泛应用。

采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。

但是，如果对系统的动态性能要求高，例如要求快速启制动，突加负载动态速降等等，单闭环系统就难以满足需要。

这是因为单闭环系统不能随心所欲的控制电流和转矩的动态过程。

双闭环直流调速系统是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等．给定信号为0～10V直流信号，可对主电路输出电压进行平滑调节。

采用双PI调节器，可获得良好的动静态效果。

电流环校正成典型I型系统。

为使系统在阶跃扰动时无稳态误差，并具有较好的抗扰性能，速度环设计成典型Ⅱ型系统。

根据转速、电流双闭环调速系统的设计方法，用Simulink做了带电流变化率内环的三环直流调速系统进行仿真综合调试，分析系统的动态性能，并进行校正，得出正确的仿真波形图。

关键词：MATLAB；直流调速；双闭环；转速调节器；电流调节器；干扰摘要 (II)第一章前言 (1)1.1 直流电动机简介 (1)第二章总体方案设计 (2)2.1 技术要求 (2)2.2 设计方案的选择 (2)2.3 直流电动机的数学模型 (3)第三章直流调速双闭环控制系统仿真 (5)3.1 闭环直流调速控制系统介绍 (5)3.2 电流调节器的设计 (5)3.2.1 电流环结构框图的化简 (5)3.2.2 电流调节器结构的选择 (6)3.2.3 确定时间常数 (6)3.2.4 选择电流调节器结构 (7)3.2.5 校验近似条件 (7)3.2.6 计算调节器电阻和电容 (8)3.3 速度调节器设计 (8)3.3.1 确定时间常数 (9)3.3.2 选择转速调节器结构 (9)3.3.3 计算转速调节器参数 (10)3.3.4 校验近似条件 (10)3.3.5 计算调节器电阻和电容 (10)3.3.6 校核转速超调量 (11)第四章系统建模及仿真 (12)4.1 MATLAB仿真软件介绍 (12)4.2 仿真建模及实验 (12)4.3 双闭环仿真实验 (12)4.4 仿真波形分析 (14)第五章系统过程 (16)5.1 实验内容 (16)第六章总结 (17)第一章前言1.1 直流电动机简介直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。

脉宽调制快速电磁阀控制仪使用说明

脉宽调制快速电磁阀控制仪使用说明一．功能概述：ZK-2A型脉宽调制快速电磁阀控制仪（以下简称电磁阀控制仪）的主要功能是对电磁阀输出控制驱动信号，使得通过电磁阀的液体流量处于可调的状态。

二．机械参数：本仪器使用标准仪表机箱，外观见封面，具体尺寸如下图仪器机械尺寸三．主要性能：本仪器用于直接驱动电磁阀并通过控制电磁阀的开合时间比例（即占空比）使流过电磁阀的液体流量在满流量的0%到100%之间可调，步距为1%，精度±0.2%。

其输出的占空比波的频率f与当前的占空比S满足f=160*S*（1-S）的函数关系，频率误差在-1%以内。

电磁阀驱动能力0.65±0.1A。

其输出的驱动波形具有保护电磁阀的作用，在保证电磁阀在高速开关的情况下可靠吸合之后，自动对驱动电压进行下调，使电磁阀平均工作电压处在较低的水平，使其平均使用寿命得到显著提高。

其典型输出波形如下图。

（为保护示波器，在使用示波器观察输出波形时请将示波器连接到本仪器的示波器检定端口）注：输出波形中的T0（触发时间），V1（触发电压），V2（吸合保持电压），△V1（触发电压震荡幅度），△V2（保持电压震荡幅度）五个电气参数；以及输出占空比的范围和与频率的函数关系等均可根据客户实际要求进行调整。

（仪器出厂时各项参数已按客户要求调整，请勿自行尝试修改仪器的任何参数）四．操作说明：仪器前面板分为显示区和按键区，下图为前面板布局示意图。

前面板布局图仪表上电启动后或按下重启键重新启动后，仪器首先进入自检过程，此过程中，数码管全部点亮并在6秒内闪烁三次，在此过程中可检查数码管有无缺段现象。

之后数码管显示00，仪器开始工作。

仪器初始输出为0%即电磁阀完全闭合。

之后可根据实际需要对输出占空比进行修改操作，修改在显示内容变更后立即生当前的占空比将显示在仪器面板上部正中位置的两枚数码管上，（当占空比达到100%时数码管显示方式为十位显示1，个位不显示，如下图）。

广义脉码调制控制阀的建模与频响仿真分析

，
１江（．１浙江大学流体传动及控制国家重点实验室，州３０２；．杭０７２中国人民解放军镇江船艇学院，苏
镇江２２０）１０３
摘要：于广义脉码调制控制阀结构和工作原理，立广义脉码调制控制阀的数学模型。利用ＡＳｍ基建ＭＥｉ
Ｃｉａ２ＺｅｊｎｔｒａｏｅｅｏＰＡ，ｈｎｉｇＪｎｓ１０３Ｃｉ）ｈｎ；．ｈｎｉｇＷａｃｆＣｌｇｆＬＺｅｊｎｉｇｕ２２０，ｈｎａｅｒｔｌａａａ
ＡｂｔａｔＡｃｏｄｎｇｔｈｅｓｒｃｕｅａｄｐｅａｉｇｐｒｎｉｅｏｈｇｎｒｌａｉｎｓｒｃ：ｃｒｉｏｔｔｕｔｒｎｏｒｔｉｃｐｌｆｔｅｅｅａｉｔｏｐｕｓｏｄｄｌｉｎｎｚｌｅｃｅｍｏｕａｏｔ
（Ｃ）ｃｎｒｌａｖ，ｔｓｔｕｈｔｅｔｉａｍｏｅｏｈＣＭｃｎｒｌｖｌｅｉｈｓｐｐ，ｔｅ，ｔＧＰＭｏｔｏｌｅｉｅｐｔｅｍａｈｍａｃｌｄｌｆｔｅＧＰｖｏｔｏａｖｔｉｈｎｉｎａｅｒ
维普资讯
２０年第１期０７２
文章编号：０１２６（０７１０２０１０ — ２５２０）２— ０９— ３
・计与研究・设
广义脉码调制控制阀的建模与频响仿真分析
周辅疆。，宣银李强 ‘徐志鹏。一王，

数字阀PCC智能调速器的研制

（4）智能型调速器。采用自适应式变结构，变参数并联PID调节，采用对常规PID调节器改进后的算法[2]。自动识别电网的性质，并自动适应电站的各种特殊运行方式，如孤网运行，及或由大电网解列为小电网运行的突变负荷等特殊情况时，均可保证机组稳定运行。人性化设计，具有很强的自诊断、防错、纠错及容错功能。当出现故障时，自动弹出故障诊断画面，并自动显示故障原因及处理办法。
（8）采用电磁球阀做数字阀作为电液转换元件。彻底解决了常规调速器电液转换元件油污发卡的问题，使电站可以实现完全可靠的自动运行。
（9）具有故障锁锭的功能。由于数字阀只有通/断两个状态，且数字阀采用锥阀密封可以保证在31.5MPa下无泄漏，所以，数字阀又具有液压锁的功能，因此当测频信号消失及断电等情况下，具有故障锁锭的功能。
（4）与上位机通讯的功能，接受上位机的控制命令，给上位机传送有关信息。
（5）开停机智能控制。
（6）辅助试验功能。通过触摸屏可以很方便地进行静态特性、空载扰动及空载摆动等试验。
（7）具有水位调节功能。
（8）波浪控制，以避免甩负荷时上下游水位发生较大的波浪。
（9）多级密码保护功能。持有密码级别的高低，决定了对系统行使权利的大小。运行人员只能观察到常规显示画面并进行常规操作，检修人员或管理人员可对调节参数等进行修改。
（12）维护简单调试方便。由于PCC的高度集成化和高可靠性，对于运行维护人员没有太高的特殊要求，调试只需设定有关数字，没有太多的电位器等可调元件。
3．数字阀PCC智能调速器的主要功能
数字阀PCC可编程智能调速器具有自动、电手动、手动三种操作方式，且可无条件无扰动切换。具有很多功能，实用性智能性很强，除常规功能外具有如下主要功能。
天津市科音自控设备有限公司研制的数字阀pcc可编程智能调速器以全新控制理念以pcc为控制核心面向自动化控制全过程成功配置由电磁球阀和插装阀构成的数字阀替代传统的电液转换器和主配压阀

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某脉宽调制数字快速电磁阀方案设计及仿真研究
摘要：脉宽调制数字快速电磁阀作为重要的电液转换元件，在燃油控制系统的作用日益突出。

针对断电常开型快速电磁阀的需求，开展断电常开型脉宽调制数字快速电磁阀的方案设计及仿真研究，并通过工程验证使该脉宽调制数字快速电磁阀的设计方案得到优化。

0.概述
航空发动机燃油控制系统的控制方式，已由原机械液压控制调节方式向电子控制调节方式发展，其核心关键是机电液转换元件。

近年来，由于脉宽调制数字快速电磁阀（以下简称快速电磁阀）在航空发动机燃油控制中的广泛使用，其经常被作为航空发动机燃油调节系统的执行部件。

快速电磁阀多采用脉宽调制（PWM）来控制，利用脉冲占空比的变化来调节阀口开关的时间，使得快速电磁阀能像其它数字流量电磁阀一样，对燃油流量进行连续的控制。

虽然普通的电磁阀也具有同样的数字开关特征，但是普通的电磁阀响应特性较慢，而快速电磁阀体积小、重量轻、响应速度快、稳定性好、控制精度高。

本文以某喷口加力调节器用快速电磁阀的需求为研究背景，进行了快速电磁阀方案设计及仿真工作，并对断电常0开型快速阀的设计方案进行了优化。

1.工作原理分析及结构设计方案
1.1 电磁阀结构及工作原理
高速数字电磁阀作为航空发动机电子控制系统的电液转换装置，是电子控制器的关键执行元件（见图1）。

主要工作原理为：在断电情况下，挡板活门在铁芯弹簧力作用下关闭活门座，电磁阀进口和出口处于关闭状态；当线圈通电时，电磁力克服铁芯弹簧力使活门座打开，使电磁阀进口和出口处于相通状态，属于断电关闭型阀门。

图1 某定型快速阀结构图
注：1－活门座2－活门弹簧3－挡板活门4－铁芯顶头5－铁芯弹簧
该快速电磁阀采用“喷嘴－挡板”结构，其优点是技术成熟，加工容易实现，耐污染能力好，但结构不紧凑，长时间使用挡板磨损严重，且不满足航空发动机使用中断电长开的要求，需要对该电磁阀进行适当改进。

1.2 改进结构设计方案
根据喷口加力调节器工作需要，新研制快速电磁阀（以下简称阀2）属于断电常开型电磁阀，与阀1工作原理刚好相反，具体结构方案如下：
在假设电气部分结构参数不变的情况下，参考阀1结构原理图，采用球阀密封结构。

球阀的优点是容易密封、行程小、动作灵敏，切换时间短；在一定开度和雷诺数变化范围内，球阀有较稳定的流量系数（Cq≈0 9～1.0），且不易出现流量饱和现象。

阀2壳体组件和线圈组件与阀1相同，具体结构见图2。

图2 改进后结构图
注：1－钢球2－油嘴3－铁芯顶杆4－铁芯弹簧
工作原理：在线圈未通电时，铁芯弹簧的预紧力使铁芯顶杆推开钢球一定的间隙，燃油从进口通过滤网进入钢球和油嘴的间隙，从出口流出。

当线圈通电时，电磁力和油压力共同克服铁芯弹簧预紧力，钢球封闭油嘴，油路关闭。

1.2.1 油嘴的设计
（1）根据最大流量Q＝1800ml/min，计算流通面积：
得出：S＝0.684mm2
（2）油嘴的设计
油嘴的结构设计图见图3。

图3 油嘴的结构图
选用φ3的钢球，计算阀口流通面积：
得出：R≥3.14mm
图纸设计时R＝3.5mm
钢球的直径为φ3，推杆的直径设计为d1＝1.2
计算油嘴的出口流通面积：
得出d＝1.52mm
1.2.2 钢球所受的油压力计算
阀1装配位置的弹簧力F＝6±0.4N
因此，在电气参数不变的情况下，采用结构改进设计方案能够实现产品功能要求。

2.建模与仿真
根据结构改进设计方案，快速电磁阀的主要组成有：壳体组件、线圈组件、铁芯组件、滤网组件、油嘴、钢球等。

2.1 建立数学模型
在AMESim中建立的占空比－流量模型见图4。

图4 脉宽调制数字快速电磁阀AMESim模型
第1部分：脉宽调制数字快速电磁阀的占空比S信号输入，输入值范围在0～1之间，单位是1，如下图5所示。

图5 脉宽调制数字快速电磁阀占空比输入信号范围
第2部分：利用函数关系式模拟脉宽调制数字快速电磁阀内部铁芯线圈结构，得到快速电磁阀的工作特性（因脉宽调制数字快速电磁阀内部的铁芯线圈结构较复杂，利用AMESim模型搭建较困难，且精度难以保证，故用公式f＝4×S（1－S）f0，f0＝40Hz是S＝0.5时频率来代替）。

第3部分：脉宽调制数字快速电磁阀内部的球阀结构。

在该模型中参数根据实际进行设置，铁芯位移0.3mm、油嘴孔径1.52mm、进、出口油压差1.8MPa。

2.2 仿真结果
从表1快速阀占空比－流量仿真曲线可以看出：在占空比为S＝0，Q＝1815.5mL/min；S＝20%，Q＝1439.4mL/min；S＝50%，Q＝908.6mL/min；S＝20%，Q＝362mL/min时，仿真流量结果与设计流量完全一致。

表1 快速电磁阀占空比－流量仿真曲线
3.工程验证及结论
为了进一步验证断电常开型快速电磁阀工作可靠性，将改进后电磁阀配装某喷口加力调节器开展了200小时寿命摸底试验，调节器各项性能均能满足要求。

寿命试验结束后，分解检查电磁阀，钢珠等零件没有出现异常。

改进设计的快速电磁阀完全满足喷口加力调节器工作要求。