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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。
基于ARM电液比例控制液压实验台摘要:传统的电液比例控制系统虽然价格低廉,但是其使用性能不高,针对这种情况,本文提出了一种基于ARM的电液比例控制液压系统。
本系统采用ARM内核微控制器LPC2292和电机驱动芯片LMD18200作为核心的硬件电路,并对uC/OS-II操作系统在ARM上的移植过程进行简要说明。
关键词:ARM 电液比例控制液压uC/OS-II电液比例控制系统具有安装方便、系统的控制精度高、抗污染能力较强等优点,使得该系统在工程机械中倍受亲睐,引用领域越来越多。
8位和16位的单片机是传统电液比例控制系统中常用的控制器,这种控制器受到单片机运算和处理数据能力低的影响,系统的运算速度、安全性、可靠性都比较差。
针对以上缺点,本文选用了飞利浦公司研发生产的ARM内核微处理器LPC2292作为控制器,驱动器选用了专用的电机芯片LMD18200,操作系统采用了uC/OS-II,使电液比例控制系统的稳定性、可靠性和运算速率得到显著的提高。
1 系统的工作原理电液比例控制系统的工作原理是:系统依据外界输入的电信号的强弱,按照比例连续的控制液压系统的压力大小、流量多少以及流动方向等相关方面的参数。
比例电磁铁和电液比例阀是构成电液比例控制系统的最重要的部件,在比例电磁铁和电液比例阀的基础上附加一些辅助执行机构来构成完整的系统。
开环控制是在工程机械中常常采用的控制方法,只将电流采用闭环系统以达到输出量稳定的效果。
人们对电液进行比例控制最常用的技术是PWM技术,PWM技术的实质是通过调节占空比的方法来达到改变电磁铁平均电流的目的,这是提高电液比例控制阀灵敏度和减少电磁铁的死区比例最有效可行的方法,由于比例电磁铁和电液比例阀是构成电液比例控制系统的最重要的部件,所以也就有效提高了整个电液比例控制系统的灵敏度和控制精度。
2 硬件设计为了满足电液比例控制系统的功能需求,整个系统的控制电路由FLASH、SRAM、模拟输入装置、数字输入装置、键盘输入、LCD 显示器、总线、数字输出等组成。
有一种用直流比例电磁铁驱动的比例电磁阀，依靠输入电信号的强度变化，使比例电磁铁产生的磁阻拉力通过与弹簧的力平衡直接控制阀心的位置，阀心不仅可以换位，而且换位的行程还可以连续地或按比例地变化，因而连通油口间的通流面积也可以连续地或按比例地变化，所以这种比例电磁阀不仅可以控制执行元件的运动方向，而且还可以控制其运动速度。
但它存在的不足之处是：这种比例电磁阀当遇到电源因故中断时，阀的现有工作状态不能保持下来，这种缺乏"记忆"功能的比例电磁阀常会使一些连续作业的自动化机械或自动生产线造成系统失灵或引发事故。
在图1中的电路是否符合这些要求，同时只占用一个小型表面贴装足迹。
U2是350mA的驱动器，带有内置模拟和PWM调光控制（MAX16804可），通常用于驱动高亮度发光二极管。
在此应用中，它的开漏输出（OUT）和电流检测端子（CS）的直接连接到电磁铁终端。
电磁阀最大电流由R6设置。
该电路驱动直流电磁铁范围从6V到40V直流注册，只用电磁铁的6V至40V直流电源。
这是测试使用的是LEDex 24V的拉线圈，额定电流高达二百九十毫安。
图1 这种小型，表面贴装，数字驱动电路提供了一个比例电磁铁驱动器。
U1的（MAX5474）是一个32抽头，非易失，线性变化数字电位器。
作为一个可变电阻连接，其内部形成一个100kΩ的可变电阻与R5分压器产生一个在U2的DIM输入为0V至3.17V模拟电压。
激活后通过抑制SW1的电位器和设置使用SW2的变动的方向（打开了，为下关闭），你可以增加此与各SW3的切换（SW1的关闭）电压。
第三个步骤可用，因此32压和释放的SW3的循环遍历范围从0V至3.17V.公式1给出了在滑动端的位置上在点心（的VDIM）近似电压：VDIM ≈ 5V（（N - 1）3225.8Ω）/（（N - 1）3225.8Ω + R5）（Eq. 1）其中R5的=56.2kΩ，N是N个抽头步骤（0≤n时≤32）。
基于单片机STC12C2052AD的比例遥控系统刘晓燕摘要:本设计介绍了采用带A/D转换的单片机STC12C2052AD设计实现的比例遥控系统。
该系统主要包括发射机电路和接收机电路。
其中，发射机电路采用多个电位器(即可变电阻)分压作为比例控制信号,通过对发射端单片机的软件编程实现对输出的多路经过A/D转换后的数字信号进行编码并由串行口送到发射模块发射；接收机电路的任务则是把接收到的信号进行适当放大并从中解调出编码信号，然后通过对接收端单片机的软件程序设计将该信号转换成相应的电动机驱动控制信号，从而完成对模型的方向和速度的控制。
关键词：单片机比例遥控A/D转换The proportional remote control system based on the microcomputer STC12C2052ADLiu Xiao Yan(The Information Science and Technology College of the Southwest Jiao Tong University, Chengdu 610031, Sichuan) Abstract:The proportional remote control system based on the microcomputer STC12C2052AD that with A/D converter introduced in this design. The system includes transmitter circuit and receiver circuit. The multi-channel input proportional control signals produced by a number of potentiometer (variable resistor) were converted into digital signals and encoded by the program in the microcomputer, and then sent to the transmitter module to launch through the serial port; the receiver circuit was mainly responsible for appropriate magnify and demodulate the encoding signals from the transmitter, then convert the signals to corresponding electromotor driver signals, consequently achieve the direction and speed control.Key words:MCU proportional remote control A/D converter引言远程控制技术又称为遥控技术，是指实现对被控目标的遥远控制，在工业控制、家用电器、无线电运动以及儿童玩具等领域都有非常广泛的应用。
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。
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，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，这意味着不能进行有效的位移控制。
在工作围，不与弹簧曲线相交的各电磁力曲线中，对应的电流在弹簧曲线以下，不会引起衔铁位移；在弹簧曲线以上时，若输出这样的电流，电磁力将超过弹簧力，将衔铁一直拉到极限位置为止。
相反，若电磁铁具有水平特性，那么在同样的弹簧曲线下，将与电磁力曲线族产生许多交点。
在这些交点上，弹簧力与电磁力相等，就是说，逐渐加大输入电流时，衔铁能连续地停留在各个位置上。
图2 比例电磁铁的电流-力-行程关系比例电磁铁要求在一定的位移围，衔铁的输出力为一准恒定值，如图2所示。
根据电磁铁基本工作原理，在衔铁运动过程中，磁阻会越来越小，衔铁受力越来越大，不会出现输出力恒定的情况，为了使电磁铁能在一定位移输出近视恒定的力，电磁铁采用结构的特殊—隔磁环。
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M F ，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，电磁力特性并不全是水平曲线，可将其分为3个区域。
比例电磁阀变频率 PWM 驱动方法康健;尚沙沙;焦文学;王杏;浦定超;钮震;叶其团;汪春晖【摘要】在挖掘机等工程机械中使用的嵌入式控制器普遍利用脉冲宽度调制(PWM)来驱动比例电磁阀。
但由于 PWM 脉冲输出的特点和电磁阀自身电感特性的双重制约，使 PWM 驱动的比例电磁阀性能难以充分发挥，甚至会影响控制系统整体稳定性。
因此，一种根据不同占空比改变 PWM 频率的方法被用于驱动比例电磁阀。
控制器根据电磁阀控制需求的不同占空比，输出不同频率的 PWM。
测试结果证明，使用变频率 PWM 驱动比例电磁阀的方法可以在保证比例电磁阀二次压力稳定的前提下，维持自身的小幅震荡，同时降低比例电磁阀的功率损耗。
%In applications of excavator or other industrialmachines,proportional electromagnetic valve was usually driven by PWM signals of embedded control system.However,due to pulse output characteristics of electromagnet,the performance of proportional electromagnetic valve was limited,e-ven impacted stability of the system.A frequency-varying method of PWM driving was proposed.Ac-cording to different duty ratio of PWM,the embedded control system output PWM with different fre-quencies.Through this method,the output oil pressure of proportional electromagnetic valve main-tains within a determinated range,the valve-core’s zero-average oscillations is reserved and power consumption of proportional electromagnetic valve is relatively low.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】5页(P1024-1028)【关键词】比例电磁阀;脉冲宽度调制;挖掘机;电控泵【作者】康健;尚沙沙;焦文学;王杏;浦定超;钮震;叶其团;汪春晖【作者单位】三一重机小型挖掘机研究院，昆山，215334;三一重机小型挖掘机研究院，昆山，215334;三一重机小型挖掘机研究院，昆山，215334;三一重机小型挖掘机研究院，昆山，215334;三一重机小型挖掘机研究院，昆山，215334;三一重机小型挖掘机研究院，昆山，215334;三一重机小型挖掘机研究院，昆山，215334;三一重机小型挖掘机研究院，昆山，215334【正文语种】中文【中图分类】TP271在工程机械应用中，电磁阀已经成为最重要的电-机械转换器。
2001年9月
第3期
河 北 工 程 技 术 高 等 专 科 学 校 学 报
JOU RNAL O F H EBE I EN G I N EER I N G AND T ECHN I CAL COLL EGE
Sep.2001
N o.3
文章编号:1008-3782(2001)03-0026-02
比例电磁铁与单片机的接口电路
刘洪恩
(河北工程技术高等专科学校电气工程系,河北沧州 061001)
摘要:介绍了比例电磁铁的性能参数及其特性,设计了一个由单片机控制的实用接口电路。
关键词:比例电磁铁;单片机;D A转换;驱动电路
中图分类号:TM57413 文献标识码:A
比例电磁铁(以下简称电磁铁)的动力头在其额定行程范围内的推力与通入其线圈的电流成正比,通常作为动力元件去连续、按比例地控制液压系统的运动力、速度和方向,也可在其它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(如GP45242A的最高工作电压为20V,最大工作电流为018A),又是模拟控制,因此须在单片机与电磁铁之间设计相应的接口电路,即D A转换和驱动电路。
1 比例电磁铁性能参数及特性曲线
表1所示为德国比索(B SO)控制技术有限公司生产的GP系列比例电磁铁的主要性能参数;图1为GP45242A型电磁铁的特性曲线。
表1 GP系列比例电磁铁性能参数
型号额定行程
mm
额定推力
N
额定电流
A
常温电阻
8
额定功率
W
力滞环
%
GP35242A GP45242A GP61242A 2
3
4
50
80
145
0168
018
115
2416
1915
1010
1114
1411
2218
3
3
3
图1 GP45242A型特性曲线
2 电磁铁与单片机接口电路
收稿日期:2000206226
作者简介:刘洪恩(19632),男,河北盐山人,河北工程技术高等专科学校讲师、工程师。
接口电路如图2、图3所示。
图2 单片机与D A 接口电路
图3 电磁铁驱动电路
图2为单片机8031与D A 转换芯片I C 1(DA C 0832)的接口电路,图中0832的W R 2,XFER 接地,CS 和W R 1由单片机控制,以单缓冲方式工作。
8031执行如下两条指令即可在W R 1和CS 上产生低电平信号,将数字
量输送到I C 1并通过I C 2-1(LM 324)转换成相应的模拟电压(0～5V )。
程序: M OV R 0,#0FEH
M OV @R 0,A
图3为电磁铁的驱动电路。
图中由变压器TR 将220V 市电降压后经整流滤波提供直流电源;由三端可调集成稳压器I C 3(LM 317)为电磁铁提供所需的可变电压U 0,这里以I C 3调整端的电压U A 控制其输出电压
U 0,U 0=1.25+U A (V )。
为使LM 317输出的可变电压范围覆盖电磁铁的工作电压范围(0
～20V ),须将D A 输出的0
～5V 模拟电压由运放I C 2-2进行放大,电压放大倍数为A V =20 5=4倍,I C 2-2的输出端电压U A 接到I C 3的调整端上。
这样,对应于0～5V ,D A 转换电压时电磁铁上可变电压的变化范围是1125
～21V 。
另外,LM 317加装散热片后最大输出电流可达115A ,完全可以满足电磁铁正常工作所要求的电压范围和功率要求。
图中二极管D 1用于保护LM 317内部调整管;D 2为续流二级管,用于泄放电磁铁产生的反电势。
本接口电路采用三端可调集成稳压器构成驱动电路,具有稳定性好、精度高、驱动能力强、成本低等优点。
3 建议
由于铁磁材料的磁滞特性,使电磁铁存在力滞环(3%～5%),所以在要求高精度控制的场合需采用闭环
控制,由软件进行修正。
(下转第33页)7
2 第3期 刘洪恩:比例电磁铁与单片机的接口电路
图2 截割头工作臂运动示意图
计算结果说明,在一次横向截割的过程中,截割头后移了016m 。
与此同时,在水平方向,截割头移动的距离仅为
L =R tan 5=4.2×tan31°=215m
4 结论
综上分析,截齿沿圆锥螺旋线的切线方向装设不甚合理。
据此情况,对悬臂式煤巷掘进机截割头上截齿装设角度,提出两点意见:
1)截割头前端的正切刀仍按螺旋线方向排列;
2)圆锥面上的镐形刀,应改为沿圆锥截圆的切线方向装设或尽量减小与截圆方向夹角。
经工厂的实践证明,按此观点装设的截齿角度,在运行中取得了良好的效果。
参 考 文 献
[1] 北京矿学院1数学手册[M ]1北京:科学出版社,1980.
A nalysis on the In stallati on 2A ng le of
the Can tilever 2Style Coal M ine
D ibb ling Cu tting 2Gear
J I Guang 2p ing ,ZHAN G R u i 2sh i ,Yang X i 2jun
(H eilongjiang Co llege of Science and Engineering co llege ,J iam usi 154002,Ch ina )
Abstract :W e b rougn t fo rw ard the reasonab le view po in t abou t i m p rovem en t on cu tting 2gear 2in stalla 2ti on 2angle ,by m athem atical analysis on the can tilever 2style coal m ine dibb ling cu tting 2gear 2angle .
Key W ords :dibb le ;cu tting 2gear 2angle ;directi on co sine
(责任编辑:郭书俊)
(上接第27页)
参 考 文 献
[1] 胡汉才1单片机原理及其接口技术[M ]1北京:清华大学出版社,19961
In terface C ircu it of R ati o E lectrom agnet
w ith M icrocon tro ller
L I U Hong 2en
(D epartm ent of E lectrical Engineering ,H ebei Engineering and T echnical Co llege ,Cangzhou 061001,Ch ina )
Abstract :T h is p ap er p resen ts p erfo rm ance p aram eters and its p rop erty ,a p ractical in terface circu it con tro lled by m icrocon tro ller is designed .
Key words :rati o electrom agnet ;m icrocon tro ller ;D A change ;driving circu it
(责任编辑:顾锡元)
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3 第3期 姬广平等:悬臂式煤巷掘进机截齿装设角度的分析。
