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電磁流量計方波勵磁控制原理

電磁流量計方波勵磁控制原理
1.方波勵磁控制方案
電磁流量計方波勵磁控制系統一般包括恒流源電路、勵磁線圈驅動電路、勵磁時序產生電路及檢流電路這幾個部分，其框圖如圖2.1所示。

系統由恒流源電路向勵磁線圈驅動電路供電，勵磁線圈驅動電路根據勵磁時序產生電路發出的勵磁時序控制信號CT1和CT2 通過開關控制流過勵磁線圈的勵磁電流的方向，但不改變穩態幅值，進而實現對勵磁線圈的方波勵磁。方波勵磁中，勵磁線圈驅動電路一般采用互橋及其開關驅動電路。由于系統工況往往隨環境等各種因素而發生隨機性的變化，從而使系統中實際流過勵磁線圈的電流也往往存在波動，而非所設定的恒流源的恒流輸出，故而，勵磁控制系統中通常加入檢流電路，用于將流過勵磁線圈的電流轉換為電壓信號輸出，以提供給電磁流量計信號處理系統進行運算結果的電流修正。勵磁時序產生電路一般由電磁流量計控制核心控制工作，從而產生具有一定頻率的勵磁時序高頻勵磁控制系統中，要保證信號零點的穩定性，勵磁恒流控制的快速響應是前擔。另外，勵磁時序頻率的準確性及電流檢測的準確性均直接影響信號處理結果的精度。故而，高頻勵磁控制系統的設計中，勵磁恒流控制技術是關鍵，勵磁時序的**控制及勵磁電流的準確檢測也至關重要。

2.勵磁恒流控制原理
方波勵磁控制系統中，恒流控制的輸入量是對應于勵磁穩態設定電流的電壓設定值，控制量為勵磁線圈兩端的電壓，控制對象為流過勵磁線圈的勵磁電流。勵磁線圈可等效為電阻 R與理想線圈工的串聯 ,其兩端的電壓U與流過的勵磁電流工之間的傳遞函數如式所示。

為得到較好的恒流控制性能，根據控制理論，我們通過 MATLAB中Simulink搭建恒流PI控制系統如圖所示。圖中，Square Input 輸出方波信號，excite coil為勵磁線圈模型，Onut1l為不經恒流控制的勵磁電流輸出，Out2為經PI控制的勵磁電流輸出，Out3為PI控制時勵磁線圈兩端電壓的控制量。其中，Square Input 輸出方波信號幅值為8SV，峰-峰值為16V，頻率為200Hz，以模擬200Hz方波勵磁;勵磁線圈模型按重慶川儀自動化股份有限公司生產的電容式電磁流量計 25Smm口徑一次儀表設置，其電阻值為26.8Q ，電感值為24.546mH。經參數調試 ,將比例系數K1 設為13.5、積分系數K2 設為5655時，能得到較好的勵磁電流控制效果。勵磁電流控制結果曲線如圖所示。其中，圖(a)為PI控制器的控制輸出曲線，圖(b)中虛線為未經恒流控制的勵磁電流曲線，實線為經過 PI恒流控制的勵磁電流曲線。由圖(b)可見，勵磁電流經PI恒流控制后，其響應時間大幅縮短至 0.Sms左右。

由圖中(a)圖可知，在電流方向切換時，為實現勵磁電流的快速響應，PI控制器需輸出很高電壓來激勵勵磁線圈。但由于實際 PI控制電路輸出受其工作電源軌限制(圖中用限幅單元模擬)，因而在電流距穩態差值較大時，PI控制器處于高壓飽和輸出狀態。當電流接近穩態設定值時，PI控制器進入線性控制區并隨著電流的上升而降低控制輸出電壓。電流進入穩態后，控制器輸出則為平穩的低壓控制量。當PI控制電路為軌至軌輸出時，其供電電源電壓即為控制輸出的飽和電壓。供電電源電壓越高 ,則電流響應速度越快，反之則越慢。在實際勵磁過程中，一般要求勵磁電流在勵磁半周期內平穩態時間所占比重較大以保證信號有較好的零點穩定性，則由圖中(a)圖可知，PI控制器絕大多數時間的輸出量均為平穩低壓控制量。而實際中需由控制器提供的勵磁電流又較大〈百毫安級)，這就意味中在用高壓源給PI控制器供電以保證電流快速響應時，控制器的能耗將非常大，不利于穩定工作。
當前應用中提出通過控制勵磁供電電源電壓的方式來解決這個問題，即恒流控制電路的供電電壓亦隨著勵磁電流的變化而連續變化。但應用中基本上都采用單一PWM 調制電源(如DC/DC 轉換器) 通過跟隨勵磁電流連續調節 PWM 點空比的方式來連續調節勵磁供電電壓,而此類調壓方式存在很大的潔后特性，從而致使恒流控制滯后，以至出現很大超調，無法用于高頻勵磁。
為此，本根據上述分析分別提出基于線性電源的勵磁恒流控制方式和基于高低壓電源切換的雙環恒流控制方式，并研制相應的電磁流量計勵磁控制系統。

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