CN111964855A - 一种用于电动振动台的漏磁自动控制方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及一种环境试验设备,具体涉及一种用于电动振动台的漏磁自动控制方法。
背景技术
电动振动台是一款广泛应用于国防、航空、航天、运载火箭、军工单位、核工业、通讯等行业的抗震性能试验仪器。电动振动台的运作基于电磁感应原理,在励磁线圈中通过直流电时产生恒定磁场,而处于磁场内的动圈线圈中通过高交变电流时产生激振力,即产生振动运动。通电的动圈线圈在磁场中所受的力即为振动台的推力。电动振动台工作时,需要很强的磁感应强度,由于电动振动台结构的特殊性,振动台工作时台面上必定存在漏磁场。
电动振动台工作时,存在的磁场可以分为两部分,一是通过励磁线圈的直流电流激发产生的恒定磁场,二是由励磁线圈中的交变成分及动圈线圈驱动电流激发的交变磁场。相应的,漏磁也分为恒定磁场与交变磁场部分。由于实际工作中电动振动台的漏磁是一个变化的不定值,采用传统的恒电流消磁模式可以产生相应的磁场以抵消恒定磁场的漏磁干扰,但是对于交变磁场的漏磁却无法应对。
随着可靠性试验技术的发展,越来越多的仪器仪表和电子类产品需要进行振动台试验。仪表、陀螺仪和敏感电子产品等这类敏感元件,其试验需要在低电磁干扰环境进行。显然,采用传统的恒电流消磁模式达不到试验要求。
发明内容
本发明目的是提供一种用于电动振动台的漏磁自动控制方法,使测试位置漏磁保持在试验环境所允许的范围内,满足敏感元件试验时所需的低电磁干扰需要。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:一种用于电动振动台的漏磁自动控制方法:
预先,在电动振动台的上部设置消磁线圈,并在电动振动台的台面上方的磁场中心线上设磁场传感器;
在电动振动台的工作时由微控制单元以PWM方式进行漏磁的控制,具体如下执行:
由磁场传感器实时检测检测点的磁场强度和磁场方向,获得磁场传感器的测量值ΔB,首先判断磁场传感器的测量值ΔB的绝对值大于还是小于试验条件所要求的磁场强度的最大允许值B";若小于,则维持上一个采样时刻的控制信号占空比不变,即占空比的值=,其中为上一个采样时刻的控制信号占空比,即使消磁线圈电流维持不变,消磁线圈产生的磁场的强度也不变;若大于,再判断磁场传感器的测量值ΔB大于0还是小于0;如果磁场传感器的测量值ΔB大于0,代表电动振动台的漏磁变大,则按式计算出占空比的值,从而增加消磁线圈中的电流,消磁线圈产生的空间磁场强度随之变大;如果磁场传感器的测量值ΔB小于0,代表电动振动台漏磁变小,则按式计算出占空比的值,从而减少消磁线圈中的电流,消磁线圈产生的空间磁场强度随之变小;以此不断地采样判定循环往复,使磁场传感器的测量值ΔB维持在试验条件所要求的磁场强度的最大允许值B"以内;
以上公式和公式中,所述为上一个采样时刻的控制信号占空比,所述ΔB为磁场传感器的测量值,所述n为设定的PWM信号周期的等分数,所述1/n为控制信号的最小占空比,为在最小占空比下的控制电流所产生的空间磁场强度。
由于采用上述方案,本发明具有以下优点:
1.消磁线圈直径按动圈尺寸修改后可用于所有的电动振动台;
2.与恒电流消磁相比,本发明却可以将电动振动台的漏磁一直控制在合理范围内,不会随振动台内电流的变化而波动,能解决敏感电子元器件可靠性试验时所需要的低电磁干扰环境的需求。
附图说明
图1为应用本发明方法的电动振动台示意图;
图2为应用本发明方法的控制系统硬件原理图;
图3为本本发明方法的流程图。
以上附图中:1、消磁线圈;2、磁场传感器。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
实施例:一种用于电动振动台的漏磁自动控制方法:参见图1~3所示:
预先,在电动振动台的上部设置消磁线圈1,并在电动振动台的台面上方的磁场中心线上设磁场传感器2。如图1所示,具体将消磁线圈1设于电动振动台的台体的上罩壳内部,其与电动振动台的中心线同轴设置。
在电动振动台的工作时由微控制单元MCU以PWM(脉冲宽度调制)方式进行漏磁的控制,具体如下执行:
由磁场传感器2实时检测检测点的磁场强度和磁场方向,获得磁场传感器的测量值ΔB,首先判断磁场传感器的测量值ΔB的绝对值大于还是小于试验条件所要求的磁场强度的最大允许值B";若小于,则维持上一个采样时刻的控制信号占空比不变,即占空比的值=,其中为上一个采样时刻的控制信号占空比,即使消磁线圈电流维持不变,消磁线圈产生的磁场的强度也不变;若大于,再判断磁场传感器的测量值ΔB大于0还是小于0;如果磁场传感器的测量值ΔB大于0,代表电动振动台的漏磁变大,则按式计算出占空比的值,从而增加消磁线圈中的电流,消磁线圈产生的空间磁场强度随之变大;如果磁场传感器的测量值ΔB小于0,代表电动振动台漏磁变小,则按式计算出占空比的值,从而减少消磁线圈中的电流,消磁线圈产生的空间磁场强度随之变小;以此不断地采样判定循环往复,使磁场传感器的测量值ΔB维持在试验条件所要求的磁场强度的最大允许值B"以内。
以上公式和公式中,所述为上一个采样时刻的控制信号占空比,所述ΔB为磁场传感器的测量值,所述n为设定的PWM信号周期的等分数,所述1/n为控制信号的最小占空比,为在最小占空比下的控制电流所产生的空间磁场强度。
参见图2所示,配合于本发明的方法采用的硬件由四个部分组成:由导线绕制的消磁线圈1,安装于电动振动台上部,如图1所示;安装于磁场中心线上的磁场传感器2;直流电源;由A/D转换电路、MCU(单片机或者FPGA)及相关驱动、整流滤波电路组成的基于PWM的消磁电流自动控制装置。
本发明涉及的漏磁自动控制系统的工作流程如下,如图2:
a.磁场传感器测量出测试点的磁场强度的大小B及磁场的方向,并将其转换为连续的、可识别的电流或者电压信号;
b.由磁场传感器输出的电流或者电压信号输入消磁电流自动控制装置中的A/D转换电路,把模拟量的电流信号转换为数字信号;
c. A/D转换后的数字信号输入MCU,MCU运行烧写在存储器内的算法程序,产生与该数字信号对应的一定频率,占空比为η,幅值为a的小电流方波(PWM)控制信号;
d.占空比为η的方波控制信号输入驱动电路,控制功率开关管(MOSFET管或者IGBT)的通断,产生与方波控制信号频率、占空比一致,幅值为A的大电流方波驱动信号;
e.整流滤波电路把幅值为A的大电流方波驱动信号整流成电流为X 安培的直流电输出到消磁线圈;消磁线圈通过X安培的消磁电流,产生的磁场在测试点的磁场强度约为B,方向与振动台漏磁方向相反,两个磁场相抵消,测试位置的漏磁控制在合理范围内。
在电动振动台工作过程中,漏磁大小随励磁电流、动圈电流的改变而波动。磁场传感器2实时测量出测试位置的磁场强度大小B,MCU根据传感器的测量值实时调整PWM控制信号的占空比η,从而根据漏磁大小实时调整消磁电流的大小X,保证在电动振动台运行过程中,漏磁一直控制在合理范围内。而直流电源提供系统各个元件所需的各种电压的直流电。
本实施例涉方法采用PWM控制(脉冲宽度调制),其原理为:
在一个信号周期内,电流为X的直流信号和幅值为A,占空比为η的方波信号作用在整流滤波电路中的惯性元件(电容)上时,效果基本相同,即XT=ATη。
功率管的放大倍数β,则有A=β× a。
匝数及尺寸确定的消磁线圈,其产生的磁场在中心轴线上固定的点的数值B取决于通过线圈的电流X。
本发明PWM控制信号产生的算法的原理,详见图3所示:
根据试验条件需要,把PWM信号周期n等分,1/n为控制信号的最小占空比,其对于控制电流所产生的空间磁场强度小于试验条件所要求的磁场强度的最小允许值B"。假设T1时刻,振动台漏磁为,MCU产生的控制信号占空比为,消磁线圈电流为,消磁线圈产生的磁场的强度为',|- '|=ΔB≤B",ΔB为磁场传感器的测量值。在下一个采样时刻T2,振动台漏磁为,如果|- '|=ΔB≤B", MCU产生的控制信号占空比维持不变,消磁线圈电流维持,消磁线圈产生的磁场的强度保持为B1';如果- '=ΔB>B">0(代表振动台漏磁变大), MCU产生的控制信号占空比=+,消磁线圈电流增大到,消磁线圈产生的磁场的强度增加为',|- '|≤B",达到要求;如果- '=ΔB<B"<0(代表振动台漏磁变小), MCU产生的控制信号占空比=-,消磁线圈电流减少到,消磁线圈产生的磁场的强度减弱为',|- '|≤B",达到要求。MCU的采样时间设置为t ,t秒后进行下一组判定,循环往复直至操作员主动关闭系统。
本实施例可以将电动振动台的漏磁一直控制在合理范围内,不会随振动台内电流的变化而波动,能解决敏感电子元器件可靠性试验时所需要的低电磁干扰环境的需求。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种用于电动振动台的漏磁自动控制方法,其特征在于:
预先,在电动振动台的上部设置消磁线圈,并在电动振动台的台面上方的磁场中心线上设磁场传感器;
在电动振动台的工作时由微控制单元以PWM方式进行漏磁的控制,具体如下执行:
由磁场传感器实时检测检测点的磁场强度和磁场方向,获得磁场传感器的测量值ΔB,首先判断磁场传感器的测量值ΔB的绝对值大于还是小于试验条件所要求的磁场强度的最大允许值B";若小于,则维持上一个采样时刻的控制信号占空比不变,即占空比的值=,其中为上一个采样时刻的控制信号占空比,即使消磁线圈电流维持不变,消磁线圈产生的磁场的强度也不变;若大于,再判断磁场传感器的测量值ΔB大于0还是小于0;如果磁场传感器的测量值ΔB大于0,代表电动振动台的漏磁变大,则按式计算出占空比的值,从而增加消磁线圈中的电流,消磁线圈产生的空间磁场强度随之变大;如果磁场传感器的测量值ΔB小于0,代表电动振动台漏磁变小,则按式计算出占空比的值,从而减少消磁线圈中的电流,消磁线圈产生的空间磁场强度随之变小;以此不断地采样判定循环往复,使磁场传感器的测量值ΔB维持在试验条件所要求的磁场强度的最大允许值B"以内;
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