RU2793305C1 - Method for determining electromagnet armature position and device for its implementation - Google Patents
Method for determining electromagnet armature position and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2793305C1 RU2793305C1 RU2022130652A RU2022130652A RU2793305C1 RU 2793305 C1 RU2793305 C1 RU 2793305C1 RU 2022130652 A RU2022130652 A RU 2022130652A RU 2022130652 A RU2022130652 A RU 2022130652A RU 2793305 C1 RU2793305 C1 RU 2793305C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- electromagnet
- winding
- microcontroller
- input
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано преимущественно для диагностики приводных электромагнитов (ЭМ) клапанов и коммутационных аппаратов без перемещения их подвижных элементов.The present invention relates to electrical engineering and can be used primarily for diagnosing drive electromagnets (EM) of valves and switching devices without moving their moving elements.
Известны различные способы определения перемещения или положения исполнительного элемента ЭМ по характеру изменения тока обмотки.There are various methods for determining the displacement or position of the actuating element of the EM by the nature of the change in the winding current.
Например, в [1] описаны способ и устройство определения положения исполнительного элемента ЭМ по результатам сравнения сигнала, пропорционального току, протекающему через обмотку ЭМ, с опорным напряжением. Причем опорное напряжение формируют из сигнала, пропорционального току, обработанного фильтром нижних частот (ФНЧ). Сравнение выполняют с использованием компаратора, на один из входов которого подается сигнал, пропорциональный току, протекающему через обмотку ЭМ, а на другой - опорное напряжение. Результат сравнения позволяет определить только, имело ли место срабатывание ЭМ.For example, in [1] a method and a device for determining the position of the EM actuator based on the results of comparing a signal proportional to the current flowing through the EM winding with a reference voltage are described. Moreover, the reference voltage is formed from a signal proportional to the current, processed by a low-pass filter (LPF). The comparison is performed using a comparator, one of the inputs of which is supplied with a signal proportional to the current flowing through the EM winding, and the other with a reference voltage. The result of the comparison allows you to determine only whether the operation of the EM took place.
В описании патента [2] предложены способ и реализующее его устройство, которые позволяют определить положение якоря соленоида путем наложения сигнала распознавания фиксированной частоты на управляющий сигнал драйвера обмотки. Объединенный сигнал подается на обмотку соленоида, и переменная составляющая тока, протекающего через его обмотку, меняется в зависимости от изменения индуктивности обмотки соленоида, которая, в свою очередь, зависит от положения якоря. Датчик тока формирует выходной сигнал, соответствующий уровню тока, протекающего через обмотку соленоида, а с помощью полосового фильтра выделяют переменную компоненту этого выходного сигнала, которая вызвана действием сигнала распознавания. Соответствующий сигнал определения положения якоря формируется на выходе фильтра. Предложенное техническое решение требует использования значительных аппаратных средств, таких как генератор фиксированной частоты, ФНЧ и полосовой фильтр, демодулятор. Кроме того, его применение возможно только совместно с системами, поддерживающими широтно-импульсное регулирование тока ЭМ.In the description of the patent [2], a method and a device implementing it are proposed, which allow determining the position of the solenoid armature by superimposing a fixed frequency recognition signal on the control signal of the winding driver. The combined signal is applied to the solenoid winding, and the AC component of the current flowing through its winding varies depending on the change in the inductance of the solenoid winding, which, in turn, depends on the position of the armature. The current sensor generates an output signal corresponding to the level of current flowing through the solenoid winding, and using a band-pass filter, the variable component of this output signal, which is caused by the action of the recognition signal, is selected. The corresponding armature position signal is generated at the filter output. The proposed technical solution requires the use of significant hardware, such as a fixed frequency generator, a low-pass filter and a bandpass filter, a demodulator. In addition, its use is possible only in conjunction with systems that support pulse-width regulation of the EM current.
Предложенная в [3] система позволяет определить положение управляющего элемента электрически управляемого привода. Привод включается управляемым ключом в момент, когда ток через обмотку ЭМ имеет величину меньшую, чем нижнее пороговое значение, и выключается в момент, когда током достигнуто верхнее пороговое значение. Длительность включенного и выключенного состояния задаются как функции нижнего и верхнего пороговых значений, а характер переключения зависит от положения управляющего элемента. Положение управляющего элемента определяется из соотношения продолжительности включенного и выключенного состояний и суммы этих временных интервалов. Оно формируется как результат сравнения длительностей упомянутой суммы и включенного и выключенного состояний с соответствующими сохраненными справочными данными. Данное техническое решение может быть использовано только в системах с релейным (гистерезисным) регулированием тока в обмотке ЭМ. При этом длительность включенного состояния будет зависеть не только от положения управляющего элемента, но и от изменения напряжения питания. Кроме того, реализация этого способа требует значительного объема ресурсов управляющей системы для хранения массивов значений справочных данных, используемых при выполнении сравнения указанных переменных.The system proposed in [3] makes it possible to determine the position of the control element of an electrically controlled drive. The drive is turned on by a controlled key at the moment when the current through the EM winding is less than the lower threshold value, and is turned off at the moment when the current reaches the upper threshold value. The duration of the on and off states are specified as functions of the lower and upper threshold values, and the nature of the switching depends on the position of the control element. The position of the control element is determined from the ratio of the duration of the on and off states and the sum of these time intervals. It is formed as a result of comparing the durations of said sum and the on and off states with the corresponding stored reference data. This technical solution can only be used in systems with relay (hysteresis) current regulation in the EM winding. In this case, the duration of the on state will depend not only on the position of the control element, but also on changes in the supply voltage. In addition, the implementation of this method requires a significant amount of resources of the control system to store arrays of reference data values used when comparing the specified variables.
Описанное в [4] техническое решение для определения состояния электромагнита позволяет различать только два состояния электромагнита - включен или выключен. А реализующее его устройство, кроме микроконтроллера, требует использование большого количества дополнительных дискретных элементов.Described in [4] technical solution for determining the state of the electromagnet allows you to distinguish only two states of the electromagnet - on or off. And the device that implements it, in addition to the microcontroller, requires the use of a large number of additional discrete elements.
Наиболее близким к предлагаемому способу является техническое решение «Способ определения положения якоря электромагнита и устройство для его осуществления» [5] (способ-прототип). Этот способ позволяет контролировать рабочий зазор ЭМ, но требует для этого его срабатывания, что ограничивает его применение, например, в системах, находящихся под давлением.Closest to the proposed method is the technical solution "Method for determining the position of the armature of an electromagnet and a device for its implementation" [5] (prototype method). This method allows you to control the working gap of the EM, but requires its operation for this, which limits its use, for example, in pressurized systems.
Прототипом предлагаемого устройства является устройство для определения положения якоря электромагнита, описанное в патенте [6]. Его схема ближе всего по элементному составу к предлагаемому техническому решению.The prototype of the proposed device is a device for determining the position of the armature of the electromagnet described in the patent [6]. Its scheme is closest in elemental composition to the proposed technical solution.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей путем определения положения якоря электромагнита без совершения перемещения его подвижных частей.The objective of the invention is to expand the functionality by determining the position of the armature of the electromagnet without moving its moving parts.
Решение поставленной задачи достигается тем, что напряжение измеряют на выходе источника питания электромагнита, подключают источник питания к обмотке, устанавливают пороговое значение тока в обмотке, при достижении которого отключают от обмотки источник питания, и измеряют интервал времени от момента подключения источника питания к обмотке электромагнита до момента достижения током в обмотке порогового значения и, по величинам этого интервала времени и напряжения источника питания, определяют положение якоря по отношению к стопу (начальный зазор) без срабатывания электромагнита. Причем, пороговое значение тока в обмотке выбирают ниже минимально возможного значения тока в обмотке, при котором в процессе эксплуатации электромагнита возможно его срабатывание.The solution to this problem is achieved by measuring the voltage at the output of the electromagnet power source, connecting the power source to the winding, setting the threshold value of the current in the winding, upon reaching which the power source is disconnected from the winding, and measuring the time interval from the moment the power source is connected to the electromagnet winding to the moment the current in the winding reaches the threshold value and, according to the values of this time interval and the voltage of the power source, determine the position of the armature in relation to the stop (initial gap) without triggering the electromagnet. Moreover, the threshold value of the current in the winding is chosen below the minimum possible value of the current in the winding, at which the operation of the electromagnet is possible during operation.
Для обеспечения численного решения поставленной задачи до начала эксплуатации электромагнита (при испытаниях в лабораторных или заводских условиях) формируют таблицу, связывающую значения начального зазора электромагнита со значениями напряжения источника питания и интервала времени от момента подключения источника питания к обмотке электромагнита до момента достижения током в обмотке порогового значения. Эту таблицу запоминают и используют для определения начального зазора до срабатывания при эксплуатации электромагнита.To provide a numerical solution to the problem, before the start of operation of the electromagnet (when tested in laboratory or factory conditions), a table is formed that links the values of the initial gap of the electromagnet with the values of the voltage of the power source and the time interval from the moment the power source is connected to the electromagnet winding until the current in the winding reaches the threshold values. This table is memorized and used to determine the initial gap before operation during operation of the electromagnet.
Полученную табличную зависимость начального зазора от интервала времени, измеряемого от момента подключения источника питания к обмотке электромагнита до момента достижения током в обмотке порогового значения, для конкретной величины напряжения источника питания аппроксимируют дробно-рациональным выражением вида:The resulting tabular dependence of the initial gap on the time interval measured from the moment the power source is connected to the electromagnet winding until the current in the winding reaches the threshold value, for a specific value of the power source voltage, is approximated by a fractional-rational expression of the form:
где Z - величина начального зазора до срабатывания электромагнита;where Z is the value of the initial gap before the operation of the electromagnet;
tп - величина интервала времени от момента подключения источника питания к обмотке электромагнита до момента достижения током в обмотке порогового значения;t p - the value of the time interval from the moment the power source is connected to the electromagnet winding until the current in the winding reaches the threshold value;
p1, p2, q1 - постоянные коэффициенты для каждого заданного в запомненной таблице конкретного значения напряжения источника питания, определяемые, например, методом наименьших квадратов, по табличным данным,p 1 , p 2 , q 1 - constant coefficients for each specific value of the power supply voltage specified in the stored table, determined, for example, by the least squares method, according to tabular data,
из этих полученных значений постоянных коэффициентов формируют другую таблицу, в которой каждый набор постоянных коэффициентов соответствует каждому заданному конкретному значению напряжения источника питания, эту таблицу значений постоянных коэффициентов запоминают и используют для определения начального зазора при эксплуатации электромагнита.another table is formed from these fixed coefficient values, in which each set of constant coefficients corresponds to each given specific power supply voltage value, this table of constant coefficient values is stored and used to determine the initial gap during operation of the electromagnet.
При эксплуатации электромагнита по измеренному значению напряжения на выходе источника питания определяют, например, методом линейной интерполяции табличных значений постоянных коэффициентов, набор их значений, соответствующий измеренному значению напряжения питания. С использованием полученного набора постоянных коэффициентов и измеренной величины интервала времени от момента подключения источника питания к обмотке электромагнита до момента достижения током в обмотке порогового значения определяют начальный зазор электромагнита с использованием приведенного дробно-рационального выражения (1).During the operation of the electromagnet, the measured value of the voltage at the output of the power source is determined, for example, by the method of linear interpolation of the tabular values of constant coefficients, a set of their values corresponding to the measured value of the supply voltage. Using the obtained set of constant coefficients and the measured value of the time interval from the moment the power source is connected to the electromagnet winding until the current in the winding reaches the threshold value, the initial gap of the electromagnet is determined using the given fractional-rational expression (1).
Полученное значение начального зазора электромагнита можно передавать внешним устройствам для накапливания и анализа данных проведенной диагностики ЭМ.The obtained value of the initial gap of the electromagnet can be transferred to external devices for the accumulation and analysis of the data of the performed EM diagnostics.
Определение значения начального зазора электромагнита можно осуществлять с использованием внешних устройств. Тогда измеренные значения величины напряжения источника питания и интервала времени от момента подключения источника питания к обмотке электромагнита до момента достижения током в обмотке порогового значения передают внешним устройствам. А определение начального зазора электромагнита с использованием табличных значений постоянных коэффициентов p1, р2 и q1 и указанного дробно-рационального выражения (1) осуществляют с использованием внешних устройств.Determining the value of the initial gap of the electromagnet can be carried out using external devices. Then the measured values of the voltage of the power source and the time interval from the moment the power source is connected to the electromagnet winding until the current in the winding reaches the threshold value are transmitted to external devices. And the determination of the initial gap of the electromagnet using the tabular values of the constant coefficients p1, p2 and q1 and the specified fractional-rational expression (1) is carried out using external devices.
Для решения поставленной задачи в устройство дополнительно введен измеритель напряжения, вход которого соединен с выходом источника питания, а выход - с выводом 4 микроконтроллера. Кроме того, в составе устройства дополнительно задействованы соединенные с внутренней двунаправленной шиной следующие внутренние периферийные модули микроконтроллера: конфигурируемая логическая ячейка CLC1, которая используется в качестве логического элемента «ИЛИ», цифро-аналоговый преобразователь DAC1, таймер Timer 1 и разряд «RC6» регистра порта ввода/вывода PORTC. Дополнительно задействованы также внутренний периферийный модуль - компаратор СМР1 и разряд «RC0» регистра порта ввода/вывода PORTC, соединенный с выходом COGA блока формирования выходных сигналов COG1 и с выводом 11 микроконтроллера, настроенным как цифровой выход порта ввода/вывода PORTC. Счетный вход таймера Timer1 и вход конфигурируемой логической ячейки CLC1 соединены с выходом внутреннего тактового генератора. Выход конфигурируемой логической ячейки CLC1 соединен с входом Rising Event Input Source блока формирования выходных сигналов COG1. Вход Gate таймера Timer1 и вход Auto-shutdown source блока формирования выходных сигналов COG1 соединены с выходом компаратора СМР1, инвертирующий вход которого соединен с выводом 26 микроконтроллера, настроенным как аналоговый вход порта ввода/вывода PORTC. Выход цифро-аналогового преобразователя DAC1 соединен с неинвертирующим входом компаратора СМР1. Вход «AN2» аналого-цифрового преобразователя ADC соединен с выводом 4 микроконтроллера, настроенным как аналоговый вход порта ввода/вывода PORTA, а разряд «RC6» регистра порта ввода/вывода PORTC соединен с выводом 17 микроконтроллера, настроенным как цифровой выход порта ввода/вывода PORTC.To solve this problem, a voltage meter is additionally introduced into the device, the input of which is connected to the output of the power source, and the output is connected to
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings.
Фиг. 1. Семейство экспериментальных переходных процессов изменения тока I в обмотке ЭМ при подключении к ней напряжения питания на участке срабатывания для разных значений начального зазора Z между якорем и стопом.Fig. Fig. 1. A family of experimental transients of current change I in the EM winding when the supply voltage is connected to it in the operation section for different values of the initial gap Z between the armature and the stop.
Фиг. 2. Экспериментальные переходные процессы изменения тока I в обмотке ЭМ и управляющего сигнала на подключение напряжения питания к обмотке при пороговом значении тока 0,3 А и разных значениях напряжения питания Uп.Fig. 2. Experimental transients of current change I in the EM winding and the control signal to connect the supply voltage to the winding at a threshold current value of 0.3 A and different values of the supply voltage U p .
Фиг. 3. Семейства экспериментальных и аппроксимирующих зависимостей начального зазора Z от величины интервала времени tп для разных значений напряжения питания Uп.Fig. 3. Families of experimental and approximating dependences of the initial gap Z on the value of the time interval t p for different values of the supply voltage U p .
Фиг. 4. Функциональная схема устройства для определения положения якоря электромагнита.Fig. 4. Functional diagram of a device for determining the position of the armature of an electromagnet.
Фиг. 5. Экспериментальные переходные процессы изменения тока I в обмотке ЭМ и сформированного управляющего сигнала на подключение напряжения питания к обмотке при пороговом значении тока 0,3 А, разных установленных величинах начального зазора Z и разных конкретных измеренных значениях напряжения питания Uп, полученных при экспериментальной отработке предлагаемого технического решения.Fig. Fig. 5. Experimental transients of changing the current I in the EM winding and the generated control signal for connecting the supply voltage to the winding at a threshold current of 0.3 A, different set values of the initial gap Z and different specific measured values of the supply voltage U p obtained during experimental testing proposed technical solution.
Фиг. 6. Аппроксимирующие зависимости начального зазора Z от величины интервала времени tп для конкретных измеренных значений напряжения питания Uп, полученных при экспериментальной отработке предлагаемого технического решения.Fig. 6. Approximating dependences of the initial gap Z on the value of the time interval t p for specific measured values of the supply voltage U p obtained during the experimental development of the proposed technical solution.
Физической основой предлагаемого способа послужили результаты лабораторных испытаний ЭМ втяжного типа с дисковым якорем. В процессе этих испытаний исследовались переходные процессы изменения тока в обмотке ЭМ при подключении к ней постоянного напряжения питания для разных значений начального зазора между якорем и стопом ЭМ при его срабатывании. Полученные при этом переходные процессы изменения тока I в обмотке ЭМ приведены на фиг. 1. Здесь во всех исследованных случаях на обмотку ЭМ подавалось постоянное напряжение питания U=18 В, которое снималось с нее после срабатывания ЭМ и достижения порогового значения тока 0,75 А. Для случая Z=0, когда срабатывания не происходит, напряжение с обмотки снималось при достижении порогового значения тока 0,75 А (переходной процесс изменения напряжения на обмотке ЭМ на фиг. 1 показан только для этого случая).The physical basis of the proposed method was the results of laboratory tests of the retractable type EM with a disk armature. During these tests, transient processes of current change in the EM winding were investigated when a constant supply voltage was connected to it for different values of the initial gap between the armature and the EM stop when it was triggered. The resulting transient processes of changing the current I in the EM winding are shown in Fig. 1. Here, in all the cases studied, a constant supply voltage U=18 V was applied to the EM winding, which was removed from it after the EM tripped and the threshold current value of 0.75 A was reached. For the case Z=0, when operation does not occur, the voltage from the winding was removed when the threshold current value of 0.75 A was reached (the transient process of changing the voltage on the EM winding in Fig. 1 is shown only for this case).
Анализируя приведенные на фиг. 1 переходные процессы изменения тока в обмотке ЭМ при срабатывании, можно легко заметить, что скорость нарастания тока для каждого значения начального зазора между якорем и стопом ЭМ при одинаковой величине напряжения питания будет разной. При этом скорость нарастания тока, как известно, определяется величиной индуктивности магнитной системы ЭМ, а величина индуктивности зависит от величины зазора между якорем и стопом ЭМ. Таким образом, между скоростью нарастания тока в обмотке ЭМ при подаче напряжения на обмотку и величиной начального зазора между якорем и стопом ЭМ при одинаковом напряжении питания существует однозначная зависимость.Analyzing those shown in Fig. 1 transient processes of current change in the EM winding during operation, it can be easily seen that the rate of current rise for each value of the initial gap between the armature and the EM stop at the same supply voltage will be different. In this case, the rate of current rise, as is known, is determined by the value of the inductance of the magnetic system of the EM, and the value of the inductance depends on the size of the gap between the armature and the stop of the EM. Thus, between the rate of current rise in the EM winding when voltage is applied to the winding and the value of the initial gap between the armature and the EM stop at the same supply voltage, there is an unambiguous relationship.
Выберем некоторое опорное значение тока в обмотке ЭМ. Тогда величина интервала времени tп от момента подключения источника питания к обмотке электромагнита до момента достижения током в обмотке порогового значения, будет связана со скоростью нарастания тока. Если выбрать опорное значение тока в обмотке ниже его минимально возможного значения, при котором в процессе эксплуатации ЭМ возможно его срабатывание, то величина интервала времени tп при одинаковом напряжении питания будет однозначно связана с величиной начального зазора Z между якорем и стопом ЭМ. Отметим еще раз, опорное значение тока выбирается так, чтобы при его достижении срабатывания ЭМ не произошло, но величина интервала времени tп была хорошо различима для разных значений начального зазора. Это обеспечит достаточную разрешающую способность способа.We choose some reference value of the current in the EM winding. Then the value of the time interval t p from the moment the power source is connected to the electromagnet winding until the current in the winding reaches the threshold value will be related to the rate of current rise. If you choose the reference value of the current in the winding below its minimum possible value, at which the operation of the EM is possible, then the value of the time interval t p at the same supply voltage will be unambiguously related to the value of the initial gap Z between the armature and the stop of the EM. We note once again that the reference value of the current is chosen so that when it is reached, the operation of the EM does not occur, but the value of the time interval t p is clearly distinguishable for different values of the initial gap. This will provide sufficient resolution of the method.
На скорость нарастания тока в обмотке, кроме величины начального зазора, существенное влияние оказывает значение напряжения питания. Этот факт необходимо учитывать при определении величины начального зазора. На фиг. 2 приведены переходные процессы изменения тока в обмотке ЭМ при постоянной величине начального зазора Z=0,5 мм и разных значениях напряжения питания. Здесь опорное значение тока, при достижении которого отключают от обмотки источник питания, выбрано равным 0,3 А. На этом же рисунке приведены соответствующие процессы изменения управляющего сигнала, отражающего интервал времени, в течение которого обмотка ЭМ находится под напряжением. Это позволяет количественно оценить влияние напряжения питания на величину интервала времени tп при постоянном значении начального зазора.The rate of current rise in the winding, in addition to the size of the initial gap, is significantly affected by the value of the supply voltage. This fact must be taken into account when determining the value of the initial gap. In FIG. 2 shows the transient processes of current change in the EM winding at a constant value of the initial gap Z=0.5 mm and different values of the supply voltage. Here, the reference value of the current, upon reaching which the power supply is disconnected from the winding, is chosen to be 0.3 A. The same figure shows the corresponding processes for changing the control signal, which reflects the time interval during which the EM winding is energized. This allows you to quantify the effect of the supply voltage on the value of the time interval t p at a constant value of the initial gap.
Данные о лабораторных испытаниях исследуемого электромагнита, отражающие длительность интервала времени tп от подачи напряжения на обмотку ЭМ до достижения током в обмотке заданного порогового значения 0,3 А при разных значениях напряжения питания Uп, представлены в виде таблицы 1. Эту таблицу можно внести в паспортные данные исследуемого электромагнита и использовать для определения начального зазора между якорем и стопом до срабатывания при эксплуатации электромагнита.Data on laboratory tests of the electromagnet under study, reflecting the duration of the time interval t p from applying voltage to the EM winding until the current in the winding reaches a predetermined threshold value of 0.3 A at different values of the supply voltage U p , are presented in the form of table 1. This table can be entered into passport data of the studied electromagnet and used to determine the initial gap between the armature and the stop before the operation of the electromagnet during operation.
Полученные табличные экспериментальные данные, связывающие длительность интервала времени tп с величиной начального зазора Z для каждого заданного при испытаниях значения напряжения питания, могут быть аппроксимированы, например методом наименьших квадратов, дробно-рациональной зависимостью вида (1). Таким образом, для каждого заданного при испытаниях значения напряжения питания может быть получен набор значений постоянных коэффициентов р1, р2, q1, которые однозначно определяют аналитическую аппроксимирующую зависимость начального зазора Z от длительности интервала времени tп при конкретном значении напряжения питания. Эти наборы значений постоянных коэффициентов могут быть занесены в другую таблицу 2, которую также как и таблицу 1 можно внести в паспортные данные исследуемого электромагнита.The obtained tabular experimental data relating the duration of the time interval t p with the value of the initial gap Z for each value of the supply voltage specified during the tests can be approximated, for example, by the least squares method, by a fractional-rational dependence of the form (1). Thus, for each value of the supply voltage specified during testing, a set of values of constant coefficients p 1 , p 2 , q 1 can be obtained, which uniquely determine the analytical approximating dependence of the initial gap Z on the duration of the time interval t p at a specific value of the supply voltage. These sets of values of constant coefficients can be entered in another table 2, which, like table 1, can be entered in the passport data of the investigated electromagnet.
Набор значений постоянных коэффициентов р1, p2, q1, соответствующий измеренному значению напряжения питания, позволяет определять начальный зазор ЭМ с использованием приведенного дробно-рационального выражения (1).The set of values of constant coefficients p 1 , p 2 , q 1 corresponding to the measured value of the supply voltage, allows you to determine the initial gap of the EM using the given fractional-rational expression (1).
При эксплуатации ЭМ по измеренному значению напряжения на выходе источника питания можно определять, например, методом линейной интерполяции табличных значений постоянных коэффициентов из таблицы 2, набор их значений, соответствующий измеренному значению напряжения питания. С использованием полученного набора постоянных коэффициентов р1, p2, q1 и измеренной величины интервала времени tп от момента подключения источника питания к обмотке электромагнита до момента достижения током в обмотке порогового значения можно определять начальный зазор ЭМ с помощью дробно-рационального выражения (1).During the operation of the EM, the measured value of the voltage at the output of the power source can be determined, for example, by the method of linear interpolation of the tabular values of the constant coefficients from Table 2, a set of their values corresponding to the measured value of the supply voltage. Using the obtained set of constant coefficients p 1 , p 2 , q 1 and the measured value of the time interval t p from the moment the power source is connected to the electromagnet winding until the current in the winding reaches the threshold value, it is possible to determine the initial gap of the EM using a fractional-rational expression (1 ).
Полученное значение начального зазора электромагнита может быть передано внешним устройствам.The obtained value of the initial gap of the electromagnet can be transferred to external devices.
Процедура определения значения начального зазора с использованием полученного набора постоянных коэффициентов р1, p2, q1 и измеренной величины интервала времени tп может быть реализована на вычислительных ресурсах устройства, осуществляющего управление ЭМ и регистрирующего измерения напряжения питания и интервала времени tп. Другой вариант: измеренные значения величины напряжения источника питания Un и интервала времени tп передаются внешнему устройству, а определение начального зазора ЭМ с использованием табличных значений постоянных коэффициентов р1, p2 и q1 и указанного дробно-рационального выражения осуществляют с использованием внешнего устройства.The procedure for determining the value of the initial gap using the obtained set of constant coefficients p 1 , p 2 , q 1 and the measured value of the time interval t p can be implemented on the computing resources of the device that controls the EM and registers measurements of the supply voltage and time interval t p . Another option: the measured values of the voltage of the power source U n and the time interval t p are transmitted to an external device, and the determination of the initial gap of the EM using the tabular values of the constant coefficients p 1 , p 2 and q 1 and the specified fractional-rational expression is carried out using an external device .
На фиг. 3 представлены семейства экспериментальных и аппроксимирующих зависимостей начального зазора Z от величины интервала времени tп для разных значений напряжения питания Uп. На графики нанесены экспериментальные данные, занесенные в таблицу 1, в виде дискретных отсчетов, каждый из которых соответствует установленным при проведении испытания величине начального зазора Z, значению напряжения питания и измеренному значению величины интервала времени tп.In FIG. 3 shows families of experimental and approximating dependences of the initial gap Z on the value of the time interval t p for different values of the supply voltage U p . The graphs plotted the experimental data listed in table 1, in the form of discrete readings, each of which corresponds to the value of the initial gap Z, the value of the supply voltage and the measured value of the time interval t p .
Кружочками нанесены дискретные отсчеты, соответствующие испытаниям, в которых значение напряжения питания составляло 34 В. Знаком «*» отмечены отсчеты, соответствующие испытаниям, в которых значение напряжения питания было 30 В. Знаком «х» отмечены отсчеты, соответствующие испытаниям, в которых значение напряжения питания составляло 26 В. Знаком «+» отмечены отсчеты, соответствующие испытаниям, в которых значение напряжения питания было 22 В. И знаком «
Каждая из последовательностей дискретных отсчетов, соответствующая какому-то одному из значений напряжения питания, была методом наименьших квадратов аппроксимирована дробно-рациональной зависимостью вида (1), что позволило для каждого случая получить соответствующие значения постоянных коэффициентов р1, p2 и q1 которые помещены в таблицу 2. На графиках фиг. 3 представлены соответствующие каждому набору постоянных коэффициентов (или значению напряжения питания) аппроксимирующие зависимости Z(tп) в виде непрерывных кривых. Напряжению питания 18 В соответствует кривая, нанесенная толстой сплошной линией; напряжению питания 22 В - кривая, нанесенная штриховой линией; напряжению питания 26 В - кривая, нанесенная пунктирной линией; напряжению питания 30 В - кривая, нанесенная штрихпунктирной линией, и напряжению питания 34 В - кривая, нанесенная тонкой сплошной линией.Each of the sequences of discrete readings corresponding to one of the values of the supply voltage was approximated by the least squares method with a fractional-rational dependence of the form (1), which made it possible for each case to obtain the corresponding values of the constant coefficients p 1 , p 2 and q 1 which are placed to Table 2. In the graphs of FIG. Figure 3 shows the approximating dependences Z(t p ) corresponding to each set of constant coefficients (or the value of the supply voltage) in the form of continuous curves. The supply voltage of 18 V corresponds to a curve plotted with a thick solid line; supply voltage 22 V - a curve plotted by a dashed line; supply voltage 26 V - a curve plotted by a dotted line; 30 V supply voltage - a curve plotted with a dash-dotted line, and 34 V supply voltage - a curve plotted with a thin solid line.
Функциональная схема устройства для определения положения якоря ЭМ, предлагаемого для реализации заявляемого способа, показана на фиг. 4.The functional diagram of the device for determining the position of the EM armature, proposed for the implementation of the proposed method, is shown in Fig. 4.
Устройство содержит (см. фиг. 4) последовательно соединенные источник питания (1) и ключ (2), выход которого соединен с входом электромагнита (3), измеритель тока (4), выполненный на измерительном резисторе Rs, фильтр нижних частот (5), микроконтроллер PIC16F1778-I/SO (6) [7], приемопередатчик RS-485 (7), связанный двунаправленной линией с внешними устройствами, диод VD, соединенные последовательно первый и второй резисторы R1 и R2, соединенные последовательно третий и четвертый резисторы R3 и R4. Причем выход фильтра нижних частот (5) соединен с выводом 26 микроконтроллера (6), первый вывод первого резистора R1 соединен с входом фильтра нижних частот (5) и выводом 22 микроконтроллера (6). Второй вывод первого резистора R1 соединен с выводом 23 микроконтроллера (6). Первые выводы измерительного и четвертого резисторов Rs и R4 соединены с выходом электромагнита (3). Вторые выводы второго, третьего и измерительного резисторов R2, R3 и Rs соединены с отрицательным выводом источника питания (1), выводами 8 и 19 микроконтроллера (6) и анодом диода VD, катод которого соединен с выходом ключа (2) и входом ЭМ (3). Второй вывод четвертого резистора R4 соединен с выводом 24 микроконтроллера (6). Управляющий вход ключа (2) соединен с выводом 11 микроконтроллера (6). Вывод 16 микроконтроллера (6) соединен с выходом приемопередатчика RS-485 (7), два входа которого соединены соответственно с выводами 17 и 18 микроконтроллера (6). Кроме того, в составе устройства задействованы соединенные по умолчанию с внутренней двунаправленной шиной (8) следующие внутренние периферийные модули микроконтроллера (6): модуль центрального процессора CPU (9), аналого-цифровой преобразователь ADC (10), модуль памяти программ Program memory (11), модуль оперативной памяти RAM (12), модуль последовательного интерфейса USART (13), выход ТХ которого соединен с выводом 18 микроконтроллера (6), а вход RX - с выводом 16 микроконтроллера (6). Задействован также внутренний периферийный модуль - операционный усилитель ОРА2 (14). Неинвертирующий вход операционного усилителя ОРА2 (14) соединен с выводом 24 микроконтроллера (6), настроенным как аналоговый вход порта ввода/вывода PORTB. Инвертирующий вход операционного усилителя ОРА2 (14) соединен с выводом 23 микроконтроллера (6), настроенным как аналоговый вход порта ввода/вывода PORTB, а выход операционного усилителя ОРА2 (14) соединен с выводом 22 микроконтроллера (6), настроенным как аналоговый выход порта ввода/вывода PORTB. Задействован также внутренний периферийный модуль - блок формирования выходных сигналов COG1 (15), соединенный по умолчанию с внутренней двунаправленной шиной (8). В устройство введен измеритель напряжения (16), вход которого соединен с выходом источника питания (1), а выход - с выводом 4 микроконтроллера (6). Кроме того, в составе устройства задействованы соединенные с внутренней двунаправленной шиной (8) следующие внутренние периферийные модули микроконтроллера (6): конфигурируемая логическая ячейка CLC1 (17), которая используется в качестве логического элемента «ИЛИ», цифро-аналоговый преобразователь DAC1 (18), таймер Timer1 (19) и разряд «RC6» регистра порта ввода/вывода PORTC. Задействованы также внутренний периферийный модуль - компаратор СМР1 (20) и разряд «RC0» регистра порта ввода/вывода PORTC, соединенный с выходом COGA блока формирования выходных сигналов COG1 (15) и с выводом 11 микроконтроллера (6), настроенным как цифровой выход порта ввода/вывода PORTC. Счетный вход таймера Timer1 (19) и вход конфигурируемой логической ячейки CLC1 (17) соединены с выходом внутреннего тактового генератора, формирующего сигнал Fclk. Выход конфигурируемой логической ячейки CLC1 (17) соединен с входом Rising Event Input Source блока формирования выходных сигналов COG1 (15). Вход Gate таймера Timer1 (19) и вход Auto-shutdown source блока формирования выходных сигналов COG1 (15) соединены с выходом компаратора СМР1 (20), инвертирующий вход которого соединен с выводом 26 микроконтроллера (6), настроенным как аналоговый вход порта ввода/вывода PORTC. Выход цифро-аналогового преобразователя DAC1 (18) соединен с неинвертирующим входом компаратора СМР1 (20). Вход «AN2» аналого-цифрового преобразователя ADC (10) соединен с выводом 4 микроконтроллера (6), настроенным как аналоговый вход порта ввода/вывода PORTA. А разряд «RC6» регистра порта ввода/вывода PORTC соединен с выводом 17 микроконтроллера (6), настроенным как цифровой выход порта ввода/вывода PORTC.The device contains (see Fig. 4) a power source (1) and a switch (2) connected in series, the output of which is connected to the input of an electromagnet (3), a current meter (4) made on a measuring resistor Rs, a low-pass filter (5) , microcontroller PIC16F1778-I/SO (6) [7], RS-485 transceiver (7) connected by a bidirectional line with external devices, VD diode, first and second resistors R1 and R2 connected in series, third and fourth resistors R3 connected in series and R4. Moreover, the output of the low-pass filter (5) is connected to the
Предлагаемое устройство может использоваться в распределенной системе управления как оконечное. Его работа происходит по командам системы верхнего уровня, передаваемым по последовательному интерфейсу RS-485. Также указанный интерфейс используется для настройки параметров управления и передачи текущего значения зазора ЭМ (3) или текущих значений рабочих параметров (напряжения источника питания Uп и интервала времени tп) внешнему устройству системы верхнего уровня. Приемопередатчик RS-485 (7) преобразует логические сигналы микроконтроллера в дифференциальный сигнал полудуплексной интерфейсной многоточечной линии в соответствии с требованиями стандарта [8]. Приемопередатчик RS485 (7) может быть выполнен на микросхеме SN65HVD1785 [9]. Эти микросхемы предназначены для использования в качестве приемопередатчика по стандарту RS-485 для организации полудуплексного канала связи по соответствующим стандартам. Приемопередатчик RS-485 (7) соединен с модулем универсального синхронного/асинхронного приемопередатчика USART (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter) (13), являющегося внутренним периферийным модулем микроконтроллера (6) [7]. Переключение с приема на передачу осуществляется программно установкой или снятием бита «RC6», через вывод 17 микроконтроллера (6).The proposed device can be used in a distributed control system as a terminal. Its operation is based on the commands of the upper-level system transmitted via the serial interface RS-485. Also, the specified interface is used to configure the control parameters and transfer the current value of the EM gap (3) or the current values of the operating parameters (power supply voltage U p and time interval t p ) to an external device of the upper level system. The RS-485 transceiver (7) converts the logical signals of the microcontroller into a differential signal of a half-duplex interface multipoint line in accordance with the requirements of the standard [8]. The RS485 transceiver (7) can be made on the SN65HVD1785 chip [9]. These microcircuits are intended for use as a transceiver according to the RS-485 standard for organizing a half-duplex communication channel according to the relevant standards. The RS-485 transceiver (7) is connected to the USART (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter) module (13), which is an internal peripheral module of the microcontroller (6) [7]. Switching from reception to transmission is carried out by software by setting or deleting the “RC6” bit, through
В предлагаемом устройстве для управления и контроля состояния ЭМ, в качестве основного счетно-решающего и управляющего блока используется модуль центрального процессора CPU (9) (CPU - central processing unit) микроконтроллера PIC16F1778-I/SO (6) [7].In the proposed device for controlling and monitoring the state of the EM, the central processing unit CPU (9) (CPU - central processing unit) of the microcontroller PIC16F1778-I / SO (6) [7] is used as the main calculating and deciding and control unit.
Основная часть схемы устройства для управления ЭМ (3), обеспечивающая обработку сигналов измерения тока в обмотке электромагнита, напряжения питания, контроля времени и формирования сигналов управления выполнена с использованием ресурсов микроконтроллера (6) и его внутренних периферийных модулей.The main part of the circuit of the device for controlling the EM (3), which provides processing of signals for measuring the current in the electromagnet winding, supply voltage, time control and generation of control signals, is made using the resources of the microcontroller (6) and its internal peripheral modules.
При этом, внутренние периферийные модули микроконтроллера (МК) соединены, задействованы, и сконфигурированы для выполнения поставленной задачи.In this case, the internal peripheral modules of the microcontroller (MC) are connected, enabled, and configured to perform the task.
Предложенное техническое решение позволяет за счет использования для построения схемы устройства интегрированных периферийных модулей значительно снизить нагрузку на вычислительные ресурсы МК и уменьшить габариты устройства. Для построения контура управления током с использованием МК используются его внутренние периферийные модули Периферии Независимой от Ядра (ПНЯ) (Core Independent Peripheral - CIP). В этом случае функционирование контура управления не зависит (или почти не зависит) от тактовой частоты МК и его состояния. Подобная периферия конфигурируется программой МК, но дальнейшее ее функционирование может быть совершенно независимым. В концепции ПНЯ периферийные модули могут соединяться внутри МК и не иметь выходов наружу, что дает возможность синтеза функциональных блоков за счет совместного использования нескольких периферийных модулей для решения конкретных задач. Это позволяет минимизировать количество используемых выводов корпуса МК при построении схемы устройства и размеры изделия в целом.The proposed technical solution allows, through the use of integrated peripheral modules to build the device circuit, to significantly reduce the load on the computing resources of the MC and reduce the dimensions of the device. To build a current control loop using the MK, its internal peripheral modules of the Core Independent Peripheral (CIP) are used. In this case, the functioning of the control loop does not depend (or almost does not depend) on the clock frequency of the MK and its state. Such peripherals are configured by the MK program, but their further functioning can be completely independent. In the POI concept, peripheral modules can be connected inside the MC and have no outlets to the outside, which makes it possible to synthesize functional blocks by sharing several peripheral modules to solve specific problems. This allows minimizing the number of pins used in the MK case when constructing the device circuit and the dimensions of the product as a whole.
Источник питания (1) обеспечивает питание силовых цепей управления ЭМ (3) и формирование напряжения 5 В, подаваемого (см. функциональную схему на фиг. 4) на вывод 20 микроконтроллера (6) для его питания. Ключ (2) обеспечивает коммутацию обмотки ЭМ (3) по сигналам, поступающим от модуля формирования выходных сигналов COG1 (15) МК (6). Для управления ключом (2) используется сигнал с выхода COG1A модуля формирования выходных сигналов COG1 (15). Модуль COG1 (15) сконфигурирован для работы в режиме Forward Full-Bridge mode. Сигнал Fclk с выхода внутреннего тактового генератора поступает на вход rising event input модуля COG1 (15), через элемент «ИЛИ», выполненный на конфигурируемой логической ячейке CLC1 (17), обеспечивая включение ключа (2) синхронно с началом счета Timer1 (19) по приходу команды по последовательному интерфейсу. Для получения высокой разрешающей способности в качестве Fclk используется сигнал кварцевого генератора микроконтроллера - Fosc. Компаратор СМР1 (20) обеспечивает сравнение сигнала, пропорционального току в обмотке ЭМ (3), с пороговым напряжением, формируемым на выходе DAC1 (18). Измеритель тока (4) выполнен на измерительном резисторе Rs, сигнал с которого усиливается операционным усилителем ОРА2 (14) и через фильтр нижних частот (5) поступает на инверсный вход компаратора СМР1 (20). При достижении этим напряжением величины, равной опорному напряжению на выходе DAC1 (18), сигнал с выхода компаратора СМР1 (20) принимает значение логический «0». Этот сигнал, поступив на вход Gate Timer1 (19). останавливает счет импульсов Fclk. Одновременно выходной сигнал компаратора СМР1 (20) поступает на вход ASE1 (Auto-shutdown control - SOURCE 1) модуля формирования выходных сигналов COG1 (15), останавливая его работу. По этому сигналу через вывод 11 микроконтроллера происходит отключение ключа (2). Для обеспечения однократного срабатывания ключа (2) выбирается режим работы модуля COG1 (15) без авто рестарта, то есть с программным сбросом.The power supply (1) provides power to the power control circuits of the EM (3) and the formation of a voltage of 5 V supplied (see the functional diagram in Fig. 4) to pin 20 of the microcontroller (6) to power it. The key (2) provides switching of the EM winding (3) according to the signals coming from the output signal generation module COG1 (15) MK (6). To control the key (2), the signal from the COG1A output of the COG1 output signal generation module (15) is used. The COG1 module (15) is configured to operate in Forward Full-Bridge mode. The signal Fclk from the output of the internal clock generator is fed to the rising event input of the COG1 module (15), through the "OR" element performed on the configurable logic cell CLC1 (17), ensuring that the key (2) is turned on synchronously with the start of counting Timer1 (19) by the arrival of a command via the serial interface. To obtain high resolution, the signal of the microcontroller's crystal oscillator, Fosc, is used as Fclk. The comparator CMP1 (20) provides a comparison of the signal proportional to the current in the EM winding (3) with the threshold voltage generated at the output of DAC1 (18). The current meter (4) is made on the measuring resistor Rs, the signal from which is amplified by the operational amplifier OPA2 (14) and through the low-pass filter (5) is fed to the inverse input of the CMP1 comparator (20). When this voltage reaches a value equal to the reference voltage at the output of DAC1 (18), the signal from the output of the comparator CMP1 (20) takes the value of logical "0". This signal, having arrived at the input of Gate Timer1 (19). stops pulse counting Fclk. At the same time, the output signal of the CMP1 comparator (20) is fed to the ASE1 (Auto-shutdown control - SOURCE 1) input of the COG1 output signal generation module (15), stopping its operation. On this signal, the key (2) is turned off through
Демпфирующий диод VD обеспечивает защиту верхнего ключа (2) от воздействия ЭДС самоиндукции, возникающей в обмотке ЭМ (3) при его размыкании. В качестве ключа (2) в устройстве может быть использован ключ верхнего уровня AUIPS7221R [10], содержащий в своем составе драйвер MOSFET и управляемый логическим сигналом.The damping diode VD provides protection for the upper switch (2) from the effects of the self-induction EMF that occurs in the EM winding (3) when it is opened. As a key (2), the device can use the top-level key AUIPS7221R [10], which contains a MOSFET driver and is controlled by a logic signal.
Работает устройство следующим образом.The device works as follows.
При подаче питания программа инициализации микроконтроллера (6) выполняет начальную конфигурацию его периферии, в процессе которой устанавливаются связи, показанные на функциональной схеме, приведенной на фиг. 4, и настраиваются выбранные режимы работы периферийных модулей. В цифро-аналоговый преобразователь DAC1 (18) загружается число, значение которого соответствует выбранному пороговому значению тока. После чего устройство переходит в режим ожидания. При получении по последовательному интерфейсу команды на определение начального зазора ЭМ, под управлением программы выполняется запуск счета Timer1 (19), устанавливается бит разрешения работы модуля формирования выходных сигналов COG1 (EN) и сбрасывается бит его состояния SHUTDOWN (ASE). Далее модули периферии работают независимо от выполнения программы. После получения разрешения модулем формирования выходных сигналов COG1 (15) при появлении положительного фронта на входе RES (Rising event source), на его выходе COG1A (выводе 11 микроконтроллера (6)) появляется сигнал логическая «1», который приводит к замыканию ключа (2). Следующей командой (после сброса бита ASE) установкой бита TMRION запускается счет Timer1 (19). После чего производится измерение напряжения питания, поступающего через измеритель напряжения (16), на аналоговый вход AN2 АЦП ADC (10) (вывод 4 микроконтроллера (6)). Напряжение, пропорциональное току ЭМ (3) с измерителя тока (4), усиливается неинвертирующим усилителем, выполненным на операционном усилителе ОРА2 (14), входящим в состав внутренних периферийных модулей микроконтроллера (6), и резисторах R1…R4, после чего сглаживается фильтром нижних частот (5). Достижение током ЭМ (3) порогового значения контролируется компаратором СМР1 (20). По достижении током порогового значения на выходе компаратора СМР1 (20) формируется логический « 0», при появлении которого на входе Gate Timer1 (19) останавливается его счет, и отключается модуль формирования выходных сигналов COG1 (15), что приводит к размыканию ключа (2).When power is applied, the microcontroller initialization program (6) performs the initial configuration of its periphery, during which the connections shown in the functional diagram shown in Fig. 4, and the selected operating modes of peripheral modules are configured. The digital-to-analog converter DAC1 (18) is loaded with a number whose value corresponds to the selected current threshold. Then the device goes into standby mode. When a command is received via the serial interface to determine the initial clearance of the EM, the program starts counting Timer1 (19), sets the enable bit for the output signal generation module COG1 (EN) and resets its state bit SHUTDOWN (ASE). Further, the peripheral modules work independently of the program execution. After the COG1 output signal generation module (15) has received permission, when a positive edge appears at the RES (Rising event source) input, a logical “1” signal appears at its COG1A output (
Полученные значения интервала времени из Timer1 (19) и напряжения питания из ADC (10) сохраняются, и по запросу устройства верхнего уровня передаются ему.The received values of the time interval from Timer1 (19) and the supply voltage from ADC (10) are stored and, upon request, transmitted to the upper level device.
Для проверки работоспособности предлагаемого технического решения и оценки точности определения положения якоря ЭМ при его использовании были проведены лабораторные испытания опытного образца устройства. Проверялась работа устройства определения положения якоря ЭМ при разных значениях напряжения питания и начального зазора ЭМ из рабочего диапазона, произвольно устанавливаемого с помощью микрометрического винта и набора щупов №2 ГОСТ 882-75, кл. 2. Результаты выполненных измерений регистрировались с помощью осциллографа R&S®RTE1034 [11] и далее обрабатывались с использованием персонального компьютера.To test the performance of the proposed technical solution and assess the accuracy of determining the position of the EM armature when using it, laboratory tests of a prototype device were carried out. The operation of the device for determining the position of the EM armature was checked at different values of the supply voltage and the initial gap of the EM from the operating range, arbitrarily set using a micrometer screw and a set of probes No. 2 GOST 882-75, class. 2. The results of the performed measurements were recorded using an R&S®RTE1034 oscilloscope [11] and further processed using a personal computer.
Экспериментальные переходные процессы изменения тока I в обмотке ЭМ и сформированного управляющего сигнала на подключение напряжения питания к обмотке при пороговом значении тока 0,3 А, разных установленных величинах начального зазора Z и разных конкретных измеренных значениях напряжения питания Uп, полученных при экспериментальной отработке предлагаемого технического решения приведены на графиках фиг. 5.Experimental transients of current change I in the EM winding and the generated control signal to connect the supply voltage to the winding at a threshold current of 0.3 A, different set values of the initial gap Z and different specific measured values of the supply voltage U p obtained during the experimental development of the proposed technical solutions are shown in the graphs of Fig. 5.
Соответствующие каждому приведенному на фиг. 5 графику переходного процесса изменения тока в обмотке ЭМ значения напряжения питания Uп и величины интервала времени tп были использованы для определения расчетных значений постоянных коэффициентов р1, p2 и q1 аппроксимирующей зависимости вида (1) и, наконец, расчета начального зазора ЭМ. Данные для всех выполненных семи испытаний, представленных на фиг. 5 в виде графиков, сведены в таблицу 3. Каждому проведенному испытанию в таблице 3 соответствуют свои значения начального зазора Z и напряжения питания Uп, установленные перед его проведением, и измеренное при вторичной обработке на персональном компьютере значение интервала времени tп для зарегистрированного переходного процесса изменения тока I в обмотке. Для каждого установленного значения напряжения питания Uп методом линейной интерполяции данных, приведенных в таблице 2, был получен соответствующий набор постоянных коэффициентов р1, p2 и q1 (см. таблицу 3), с использованием которых по соотношению (1) получено рассчитанное значение начального зазора Z. Выполнено сравнение расчетного и установленного перед испытанием значений начального зазора и оценена относительная погрешность определения начального зазора ЭМ предлагаемым способом. По данным, приведенным в таблице 3, относительная погрешность определения начального зазора для выполненных испытаний составила менее 4%.Corresponding to each shown in FIG. 5 graph of the transient change in the current in the EM winding, the supply voltage U p and the time interval t p were used to determine the calculated values of the constant coefficients p 1 , p 2 and q 1 of the approximating dependence of the form (1) and, finally, the calculation of the initial gap of the EM . Data for all of the seven tests performed, shown in FIG. 5 in the form of graphs are summarized in table 3. Each test in table 3 corresponds to its own values of the initial gap Z and supply voltage U p set before it is carried out, and the value of the time interval t measured during secondary processing on a personal computer for the registered transient changes in current I in the winding. For each set value of the supply voltage U p by the method of linear interpolation of the data given in table 2, the corresponding set of constant coefficients p 1 , p 2 and q 1 (see table 3) was obtained, using which, according to relation (1), the calculated value was obtained initial gap Z. Comparison of the calculated and pre-test values of the initial gap is made and the relative error in determining the initial gap of the EM by the proposed method is estimated. According to the data given in Table 3, the relative error in determining the initial gap for the tests performed was less than 4%.
На фиг. 5 показаны также управляющие сигналы, отражающие длительность временного интервала, в течение которого к обмотке ЭМ подводится напряжение питания в каждом проведенном испытании, представленном в таблице 3.In FIG. Figure 5 also shows the control signals that reflect the duration of the time interval during which the supply voltage is applied to the EM winding in each test presented in Table 3.
На графиках, показанных на фиг. 6, представлены аппроксимирующие зависимости начального зазора Z от измеренного значения интервала времени tп для каждого выполненного испытания. Каждая аппроксимирующая зависимость имеет вид (1) и построена для соответствующих значений постоянных коэффициентов р1, p2 и q1, приведенных в таблице 3. Каждому проведенному испытанию соответствует точка, отмеченная черным квадратом, на соответствующей кривой. У каждой точки проставлены ее координаты, соответствующие измеренному значению интервала времени tп (X) и рассчитанному значению начального зазора Z (Y). Эти координаты соответствуют значениям этих параметров, приведенных в таблице 3.In the graphs shown in Fig. 6, approximate dependences of the initial gap Z on the measured value of the time interval t p for each test performed are presented. Each approximating dependence has the form (1) and is built for the corresponding values of the constant coefficients p 1 , p 2 and q 1 given in table 3. Each test corresponds to a point marked with a black square on the corresponding curve. Each point has its coordinates corresponding to the measured value of the time interval t p (X) and the calculated value of the initial gap Z (Y). These coordinates correspond to the values of these parameters given in Table 3.
Таким образом, проведенная экспериментальная отработка предлагаемого технического решения подтверждает его работоспособность и эффективность. Задача определения начального зазора ЭМ решается без осуществления срабатывания электромагнита с достаточной для практических целей точностью. Если ЭМ используется в качестве исполнительного привода электроклапана (ЭК), предназначенного для открытия и закрытия рабочей магистрали, по которой жидкое или газообразное рабочее тело подается к потребителю, то отсутствие срабатывания при определении начального зазора позволяет многократно контролировать величину начального зазора, не внося возмущения в работу системы, в которой используется ЭК, и не допускать непроизводительный расход рабочего тела.Thus, the experimental testing of the proposed technical solution confirms its performance and efficiency. The task of determining the initial gap of the EM is solved without the operation of the electromagnet with sufficient accuracy for practical purposes. If the EM is used as an actuator for an electrovalve (EC) designed to open and close the working line through which a liquid or gaseous working fluid is supplied to the consumer, then the absence of actuation when determining the initial gap allows you to repeatedly control the initial gap without disturbing the work system in which EC is used, and to prevent unproductive consumption of the working fluid.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. METHOD AND CIRCUIT FOR DETECTING THE ARMATURE POSITION OF AN ELECTROMAGNET. US 6,949,923 B2. Date of Patent: Sep. 27, 2005.1. METHOD AND CIRCUIT FOR DETECTING THE ARMATURE POSITION OF AN ELECTROMAGNET. US 6,949,923 B2. Date of Patent: Sep. 27, 2005.
2. METHOD AND APPARATUS FOR SENSING ARMATURE POSITION IN RELUCTANCE ELECTROMAGNETIC ACTUATORS. CANADIAN PATENT. CA 2247809 C. Date 2001/10/23.2. METHOD AND APPARATUS FOR SENSING ARMATURE POSITION IN RELUCTANCE ELECTROMAGNETIC ACTUATORS. CANADIAN PATENT. CA 2247809 C. Date 2001/10/23.
3. SYSTEM FOR DETERMINING POSITIONS OF A CONTROL ELEMENT OF AN ELECTRICALLY DRIVEN ACTUATOR. US 2004/0016461 A1. Pub. Date: Jan. 29, 2004.3. SYSTEM FOR DETERMINING POSITIONS OF A CONTROL ELEMENT OF AN ELECTRICALLY DRIVEN ACTUATOR. US 2004/0016461A1. Pub. Date: Jan. 29, 2004.
4. SOLENOID DRIVER AND METHOD FOR DETERMINING SOLENOID OPERATIONAL STATUS. EP 0 882 303 B1. 21.04.2004 Bulletin 2004/17.4. SOLENOID DRIVER AND METHOD FOR DETERMINING SOLENOID OPERATIONAL STATUS.
5. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ЯКОРЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. RU 2717952 С1 Опубликовано: 27.03.2020 Бюл. №9.5. METHOD FOR DETERMINING POSITION OF AN ARMATURE OF ELECTROMAGNET AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION. RU 2717952 С1 Published: 27.03.2020 Bull. No. 9.
6. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ЯКОРЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. RU 2746039 С1 Опубликовано: 06.04.2021 Бюл. No. 10.6. METHOD FOR DETERMINING POSITION OF AN ARMATURE OF ELECTROMAGNET AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION. RU 2746039 C1 Published: 04/06/2021 Bull. no. 10.
7. PIC 16(L)F 1777/8/9 28/40/44-Pin, 8-Bit Flash Microcontroller. [Электронный ресурс] // URL: https://wwl.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/PIC16(L)F1777_8_9_Family_Data_Sheet_40001819D.pdf (дата обращения 20.05.2022).7. PIC 16(L)F 1777/8/9 28/40/44-Pin, 8-Bit Flash Microcontroller. [Electronic resource] // URL: https://wwl.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/PIC16(L)F1777_8_9_Family_Data_Sheet_40001819D.pdf (Accessed 05/20/2022).
8. ANSI TIA/EIA RS-485-A: (Recommended standard 485 Edition A) 1998. Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Balanced Digital Multipoint Systems.8. ANSI TIA/EIA RS-485-A: (Recommended standard 485 Edition A) 1998. Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Balanced Digital Multipoint Systems.
9. [Электронный ресурс] // URL: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn65hvd1785.pdf (дата обращения 20.05.2022).9. [Electronic resource] // URL: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn65hvd1785.pdf (Accessed 20.05.2022).
10. [Электронный ресурс] // URL: https//www/Infineon.com/dgdl/auisp7221t.pdf (дата обращения 20.05.2022).10. [Electronic resource] // URL: https//www/Infineon.com/dgdl/auisp7221t.pdf (accessed 20.05.2022).
11. Осциллографы цифровые R&S RTE Руководство по эксплуатации. [Электронный ресурс] // URL: http//rodeschwarz.shop/catalog/ostcillografy/rode_schwarz_rte1034/ (дата обращения 20.01.2022).11. Digital Oscilloscopes R&S RTE Operation Manual. [Electronic resource] // URL: http//rodeschwarz.shop/catalog/ostcillografy/rode_schwarz_rte1034/ (accessed 20.01.2022).
Claims (12)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2793305C1 true RU2793305C1 (en) | 2023-03-31 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1302952A2 (en) * | 2001-10-12 | 2003-04-16 | Schultz, Wolfgang E., Dipl.-Ing. | Process and circuit for the detection of the position of the armature of an electromagnet |
| EP0882303B1 (en) * | 1996-11-27 | 2004-04-21 | Motorola, Inc. | Solenoid driver and method for determining solenoid operational status |
| RU2717952C1 (en) * | 2019-11-26 | 2020-03-27 | Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") | Method of determining position of an electromagnet armature and a device for its implementation |
| RU2746039C1 (en) * | 2020-08-24 | 2021-04-06 | Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") | Method for determining electromagnet anchor position and device for its implementation |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0882303B1 (en) * | 1996-11-27 | 2004-04-21 | Motorola, Inc. | Solenoid driver and method for determining solenoid operational status |
| EP1302952A2 (en) * | 2001-10-12 | 2003-04-16 | Schultz, Wolfgang E., Dipl.-Ing. | Process and circuit for the detection of the position of the armature of an electromagnet |
| RU2717952C1 (en) * | 2019-11-26 | 2020-03-27 | Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") | Method of determining position of an electromagnet armature and a device for its implementation |
| RU2746039C1 (en) * | 2020-08-24 | 2021-04-06 | Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") | Method for determining electromagnet anchor position and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103344913A (en) | Electromagnetic relay testing equipment and method | |
| US9064661B2 (en) | Systems and methods for determining actuation duration of a relay | |
| RU2717952C1 (en) | Method of determining position of an electromagnet armature and a device for its implementation | |
| JP2010513795A (en) | Method and apparatus for controlling electromagnetic valve | |
| US6271618B1 (en) | Method and configuration for driving a capacitive actuator | |
| JP2010513796A (en) | Electromagnetic valve control device | |
| Serra et al. | Domestic power consumption measurement and automatic home appliance detection | |
| RU2529598C1 (en) | Electromagnetic flow meter and method to control measurement of fluid media flow | |
| RU2793305C1 (en) | Method for determining electromagnet armature position and device for its implementation | |
| CN102979948B (en) | Electromagnetic valve closing-time moment detection circuit of diesel engine electric control system | |
| CN110208596B (en) | Load current monitoring circuit and method | |
| RU2802271C1 (en) | Method for determining electromagnet armature position and device for its implementation | |
| CN113049890A (en) | Fault detection circuit and method for solenoid valve coil and solenoid valve coil device | |
| US6479986B1 (en) | Time/analog converter for a magnetostrictive position sensor | |
| CN102326333B (en) | Capacitive input test method | |
| US7089142B2 (en) | Method and device for monitoring the function of an output stage having pulse width modulation | |
| RU2802294C1 (en) | Method for monitoring pressure at gas electromagnetic valve inlet and device for its implementation | |
| RU2747003C1 (en) | Method for determining an electromagnet anchor position and a device for its implementation | |
| CN219552539U (en) | Verification device for resistance measurement value | |
| RU2746039C1 (en) | Method for determining electromagnet anchor position and device for its implementation | |
| RU2746964C1 (en) | Method for diagnosing the state of an electromagnet anchor and a device for its implementation | |
| RU2718597C1 (en) | Method for monitoring temperature of electromagnet winding and device for its implementation | |
| JP3946827B2 (en) | Proximity detector | |
| RU132542U1 (en) | ELECTROMAGNETIC FLOW METER | |
| RU2783869C1 (en) | Solenoid valve control method and device for its implementation |