比例電磁鐵作為執行元件,是機電一體化的關鍵產品之一,廣泛應用于各種自動化控制系統中;比例電磁鐵的推力大,結構簡單,維護方便,成本低廉,是應用非常廣泛的電—機械轉換器[1];比例電磁鐵的特性及工作的可靠性,對于整個控制系統具有十分重要的影響,是決定控制系統品質的關鍵部件之一。比例電磁鐵作為電—機械轉換元件,其功能是將比例控制放大器輸給的電流信號,轉換成位移或者力信號輸出。
比例電磁鐵適用于直流電壓為24 V比例控制放大器的控制線路中,作為連續地、按比例地控制系統執行元件的運動、速度和方向的動力元件。比例電磁鐵在其額定行程范圍內的推力與通入其線圈的電流成正比,可在其他需要作用力自動控制的裝置上作為線性動力元件,如自動油門控制等。當電磁鐵與單片機一起構成一個自動控制系統時, 由于電磁鐵的工作電壓較高, 工作電流較大,因此單片機與比例電磁鐵之間接口電路的設計是一個關鍵。
隨著微電子技術和計算機技術的發展,比例電磁鐵的需求量與日俱增,在各個控制領域都有應用。下面介紹比例電磁鐵的控制技術。
1 PWM驅動的基本原理及特點
PWM(Pulse Width Modulation,脈沖寬度調制)技術是利用半導體開關器件的導通和關斷,把直流電壓變成電壓脈沖列,并通過控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期來達到變壓、變頻目的的一種控制技術[2]。也就是用脈沖寬度不等的一系列等幅值的矩形脈沖去逼近一個所需要的電流或電壓信號。
PWM驅動電路,是廣泛應用于高精度控制系統的驅動形式。這種電路能夠實現寬范圍的速度和位置控制,較之常規驅動方式具有無可比擬的優點。 PWM驅動電路線路簡單、快速性好、線性度好、效率高的優點,使其廣泛應用于測量、通信、功率控制與變換的許多領域中。本設計利用PWM驅動電路所需大功率可控器件少、調速范圍寬、快速性好、效率高,功耗低的特點,用C8051F005單片機直接輸出的PWM信號經過驅動電路,然后配合合適的控制算法(PID算法或模糊控制算法等)去控制比例電磁鐵,可實現離合器的控制,對于電控離合器控制系統的研究有很好的參考價值。