位移型比例电磁铁的测试系统研究

　　1　引言

　　比例电磁铁是一种将比例放大器的输出电流转变成输出力或位移的电气—机械转换器,本文的位移型比例电磁铁就是其中的一种。被广泛应用于电液控统制系中,其性能及可靠性对电液控制系统及设备有着重大的影响。因此如何合理地设计其测试系统显得十分必要,本文即依照相关的比例电磁铁测试国家标准,探讨其有效测试方法。

　　2　系统方案原理

　　位移型比例电磁铁的测试项目有静态性能和动态性能。由于比例放大板的输入信号是抗干扰性较好的频率为1 kHz~6. 12 kHz的数字脉冲信号,因此其静态性能为输出位移—脉冲频率特性,而不是通常所说的位移—电流特性。动态性能阶跃响应特性及频率响应特性。需要计算的性能参数有:滞环、工作行程、线性度、对称度、位移频率增益、重复精度等。位移型比例电磁铁测试系统由测控系统和机械测试台架所组成。系统组成原理框图如图1所示。机械测试台架采用导轨滑块机构,被测电磁铁固定在与滑块固连的运动平板上,直线步进电机推动滑块运动,对电磁铁进行测试定位。测控系统由上位机据采集处理模块和下位机机自动控制模块组成。上位机数据采集处理模块主要由工控机、数据采集卡、激光位移传感器、光栅位移传感器及其电流传感器组成。中光栅位移传感器为测试力型比例大磁铁的力行程特性。下位机自动控制模块主要由PLC主模块、模拟量输入输出模块、电机控制脉冲发生模块、步进电机及其驱动器组成。力传感器和光栅位移传感器为测试力型比例电磁铁所用。测试被测电磁铁位移采用激光传感器非接触式测量。

　　3　测控方案设计

　　测试开始前,须对电磁铁进行位置初始化。初始调零的目的是控制直线步进电机使被测电磁铁定位于位移传感器的测量量程中位。使被测电磁铁的输出位移在位移传感器的测量范围(±2 mm)之内,被测电磁铁的输出位移为±1 mm。

　　测试开始前,由PLC的模拟量输入模块FX2N-4AD采集激光位移传感器的反馈数据(0~10 V),在PLC的主模块中与给定位移值做比较,得出直线步进电的运动方向。当被测电磁铁伸出推杆距离位移传感器的测量量程中位即反馈控制目标位移给定值较远时,PLC控制电机以较快的速度(0. 25 mm/s)向测量中位靠近,以使定位速度加快。在当被测电磁铁伸出推杆距离位移传感器的测量量程中位即反馈控制位移给定值较近时, PLC控制电机以较慢的速度(0. 1 mm/s)向测量中位靠近,以使定位精度提高。

　　为防止将反馈控制目标设为一固定恒值时,在PLC的扫描周期内没能检测到目标反馈值,造成反馈控制的震荡。此处将反馈控制目标终值设为一范围,即位移传感器的量程中位±4μm之内(信号值为4. 98V~5. 02 V),当反馈值大于5. 02 V时,即被测电磁铁伸出推杆距离位移传感器的测量量程中位大于4μm,则控制步进电机前推电磁铁定位于测量零位。反之亦然,试验中测得定位精度在10μm之内,且控制稳定性较好。