專利名稱：電磁鐵自感應(yīng)閉環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及的是一種電磁鐵的自感應(yīng)閉環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法，屬于工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
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電磁鐵內(nèi)部帶有鐵心的、利用通有電流的線圈使其像磁鐵一樣具有磁性的裝置叫做電磁鐵。電磁鐵在通電時(shí)有磁性，斷電后就隨之消失。電磁鐵有許多優(yōu)點(diǎn):電磁鐵磁性的有無，可以用通、斷電流控制。磁性的大小可以用電流的強(qiáng)弱或線圈的匝數(shù)來控制。電磁鐵在日常生活中有極其廣泛的應(yīng)用。電磁鐵是電流磁效應(yīng)(電生磁)的一個(gè)應(yīng)用。目前電磁鐵應(yīng)用在工業(yè)控制領(lǐng)域，作為機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，控制機(jī)械部件往復(fù)運(yùn)動(dòng)的一種靈活，方便的控制方法。而且目前所用的電磁鐵都是大部分磁保持，或電保持電磁鐵。簡單的說，磁保持電磁鐵根據(jù)電磁鐵的工作原理，是通過直流短脈沖電信號(hào)激勵(lì)，產(chǎn)生作用力推動(dòng)電磁鐵中的硅鋼磁芯產(chǎn)生一定的位移，并且磁芯能夠穩(wěn)定的停留在目標(biāo)位置。在運(yùn)動(dòng)時(shí)根據(jù)作用力的大小可以帶動(dòng)固定的機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)。這種應(yīng)用在工業(yè)控制領(lǐng)域極其廣泛。針對上述電磁鐵的控制方法，目前的應(yīng)用都是開環(huán)控制方式，即使是閉環(huán)控制方式，也是另外加上傳感器，檢測電磁鐵中的磁芯位移量，來反饋電磁鐵的位移量是否達(dá)到目標(biāo)位移量，達(dá)到閉環(huán)控制的效果，但是增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和使得系統(tǒng)成本很高。這是目前工業(yè)控制領(lǐng)域常用的兩種方法，開環(huán)控制和加上傳感器的閉環(huán)控制。但是這兩種控制方法都存在不足之處，比如開環(huán)控制，電磁鐵的磁芯運(yùn)動(dòng)的位移量是否達(dá)到目標(biāo)的位移量，無法判斷，如果碰到阻力，或者推力不足，無法達(dá)到目標(biāo)位移量，對整個(gè)精密機(jī)械控制系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果造成的損壞是無法估量的。另外一種是加上傳感器的閉環(huán)控制方法，這種控制雖然能夠達(dá)到閉環(huán)控制的效果， 但是對整個(gè)機(jī)械控制系統(tǒng)來說，成本大幅增加是不可避免的。這兩種控制方式在紡織機(jī)械領(lǐng)域，比如電腦橫機(jī)控制系統(tǒng)，和襪機(jī)控制系統(tǒng)電磁鐵有著廣泛應(yīng)用的機(jī)械系統(tǒng)中表現(xiàn)特別明顯，在電腦橫機(jī)系統(tǒng)中，目前象換色用的電磁鐵，控制方法主要是開環(huán)控制，如果驅(qū)動(dòng)電磁鐵控制換色紗線，電磁鐵的磁芯沒有達(dá)到目標(biāo)位移量，就會(huì)造成換色動(dòng)作沒有完成，造成整片織物廢掉，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。發(fā)明內(nèi)容:
本發(fā)明提出的是一種電磁鐵自感應(yīng)閉環(huán)控制裝置，其目的旨在克服目前電磁鐵系統(tǒng)中開環(huán)控制系統(tǒng)的不足，同時(shí)目前工業(yè)控制領(lǐng)域閉環(huán)系統(tǒng)的成本問題，降低電磁鐵控制系統(tǒng)成本。本發(fā)明解決了電磁鐵控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制，同時(shí)又降低了整個(gè)電磁鐵控制系統(tǒng)的成本。本發(fā)明的控制方法也提高了電磁鐵控制系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，同時(shí)也方便了電磁鐵和電磁鐵控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本發(fā)明的另一目的是提供上述電磁鐵自感應(yīng)閉環(huán)控制方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種電磁鐵自感應(yīng)閉環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:系統(tǒng)輸入模塊，電磁鐵主控模塊，電磁鐵動(dòng)作模塊，自感應(yīng)檢測模塊，參考標(biāo)準(zhǔn)模塊，邏輯比較輸出模塊和信號(hào)輸出模塊，其中，系統(tǒng)輸入模塊I的輸出端與電磁鐵主控模塊2輸入端相連接，電磁鐵主控模塊2的信號(hào)輸出端分別與信號(hào)輸出模塊7的信號(hào)輸入端和電磁鐵動(dòng)作模塊3的信號(hào)輸入端連接，電磁鐵主控模塊2的輸入端還分別與邏輯比較輸出模塊6和系統(tǒng)輸入模塊I的輸出端連接；自感應(yīng)檢測模塊4的兩路輸入中一路與電磁鐵動(dòng)作模塊3的輸出端相連,另一路與參考標(biāo)準(zhǔn)模塊5輸出端相連接，自感應(yīng)檢測模塊4的輸出端與邏輯比較輸出模塊6的輸入端相連。所述系統(tǒng)輸入模塊I為電壓采樣電路，實(shí)時(shí)采樣電磁鐵運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的反饋電壓作為系統(tǒng)的輸入；所述電磁鐵主控模塊2采用STM32F103VCT6處理器；所述自感應(yīng)檢測模塊4采用LM393DT雙電壓比較器；所述標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)模塊5為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電壓采樣信號(hào)，作為檢測電磁鐵運(yùn)動(dòng)的反饋電壓的參考比較標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值可以根據(jù)不同的特性的電磁鐵來設(shè)置不同的值；邏輯比較輸出模塊6采用標(biāo)準(zhǔn)D觸發(fā)器構(gòu)成；信號(hào)輸出模塊7采用LCD顯示屏
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述電磁鐵自感應(yīng)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征是:所述電磁鐵動(dòng)作模塊3設(shè)有電磁鐵，該電磁鐵包括線電磁鐵外罩，及罩于電磁鐵外罩內(nèi)的圈A,線圈B和磁芯,磁芯依次穿套線圈A、B，圈A和線圈B的輸出端分別接入LM393DT雙電壓比較器。上述系統(tǒng)的閉環(huán)控制方法，該方法包括以下步驟:
O電磁鐵主控模塊2根據(jù)系統(tǒng)輸入模塊I的控制指令輸出控制信號(hào)，控制電磁鐵動(dòng)作模塊3，執(zhí)行電磁鐵動(dòng)作，完成系統(tǒng)的操作指令；電磁鐵動(dòng)作模塊3把動(dòng)作執(zhí)行結(jié)果的反饋信號(hào)輸出給自感應(yīng)檢測模塊4;
2)自感應(yīng)檢測模塊4接收電磁鐵動(dòng)作模塊3的反饋輸出信號(hào)，同時(shí)還有參考標(biāo)準(zhǔn)模塊5的輸出信號(hào)，自感應(yīng)檢測模塊4比較電磁鐵動(dòng)作模塊3的反饋輸出信號(hào)和參考標(biāo)準(zhǔn)模塊5的輸出信號(hào)，判斷電磁鐵的動(dòng)作執(zhí)行是否達(dá)到目標(biāo)位移量，并把比較結(jié)果輸出給邏輯比較輸出模塊6 ；· 3)由邏輯比較輸出模塊6把動(dòng)作執(zhí)行結(jié)果的邏輯反饋信號(hào)傳遞給電磁鐵主控模塊2；
4)電磁鐵主控模塊2根據(jù)邏輯反饋結(jié)果，判斷電磁鐵運(yùn)動(dòng)是否達(dá)到目標(biāo)位移量；
5)電磁鐵主控模塊2輸出動(dòng)作的邏輯信號(hào)給信號(hào)輸出模塊7。所述步驟4)中，如果反饋的輸入信號(hào)小于標(biāo)準(zhǔn)參考電壓，則電磁鐵的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處于正常狀態(tài)，如果反饋的輸入信號(hào)大于標(biāo)準(zhǔn)參考電壓，則電磁鐵運(yùn)動(dòng)處于異常狀態(tài)。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果:
本發(fā)明相對于開環(huán)控制系統(tǒng)來說，實(shí)現(xiàn)了電磁鐵運(yùn)動(dòng)控制的閉環(huán)控制，如果能夠?qū)崟r(shí)檢測電磁鐵的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，能夠感測到電磁鐵的位移是否達(dá)到目標(biāo)位置，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了錯(cuò)誤狀態(tài)報(bào)警，從而增強(qiáng)了電磁鐵控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。相對目前的電磁鐵閉環(huán)控制系統(tǒng)來說降低了系統(tǒng)成本。保證了整個(gè)電磁鐵控制系統(tǒng)的穩(wěn)定，可靠，同時(shí)也保證了工業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)率。本發(fā)明解決了目前困擾在紡織機(jī)械，工業(yè)控制領(lǐng)域電磁鐵控制系統(tǒng)不穩(wěn)定的，控制不到位，由于電磁鐵控制系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁作用力不足以推動(dòng)磁芯運(yùn)動(dòng)無法快速產(chǎn)生系統(tǒng)報(bào)警信息，而造成的電磁鐵系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題。


圖1本發(fā)明電磁鐵控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2電磁鐵主控模塊結(jié)構(gòu)圖。圖3電磁鐵結(jié)構(gòu)示意圖。圖4自感應(yīng)檢測模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖5自感應(yīng)檢測模塊電路原理圖。圖中:1-系統(tǒng)輸入模塊，2-電磁鐵主控模塊；3-電磁鐵動(dòng)作模塊；4-自感應(yīng)檢測模塊；5_參考標(biāo)準(zhǔn)模塊；6_邏輯比較輸出模塊；7-信號(hào)輸出模塊。
具體實(shí)施方式
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實(shí)施例一:
如圖1所示，電磁鐵自感應(yīng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括I是系統(tǒng)輸入模塊，2是電磁鐵主控模塊；3是電磁鐵動(dòng)作模塊；4是自感應(yīng)檢測模塊；5是參考標(biāo)準(zhǔn)模塊；6是邏輯比較輸出模塊；7是信號(hào)輸出模塊。系統(tǒng)輸入模塊I的輸出端與電磁鐵主控模塊2輸入端相連接，電磁鐵主控模塊2的信號(hào)輸出端同時(shí)分兩路分別與信號(hào)輸出模塊7的信號(hào)輸入端和電磁鐵動(dòng)作模塊3的信號(hào)輸入端相接，同時(shí)有一路輸入端連接邏輯比較輸出模塊6的輸出端。自感應(yīng)檢測模塊4有兩路輸入其中一路與電磁鐵動(dòng)作模塊2的輸出端,還有一路與參考標(biāo)準(zhǔn)模塊5輸出端相連接。本發(fā)明的工藝步驟如下: O電磁鐵電磁鐵主控模塊2根據(jù)系統(tǒng)輸入模塊I的控制指令輸出控制信號(hào)，控制電磁鐵動(dòng)作模塊3，執(zhí)行電磁鐵動(dòng)作，完成系統(tǒng)的操作指令。電磁鐵動(dòng)作模塊3把動(dòng)作執(zhí)行結(jié)果的反饋信號(hào)輸出給自感應(yīng)檢測模塊4。2)自感應(yīng)檢測模塊4接收電磁鐵動(dòng)作模塊3的反饋輸出信號(hào)，同時(shí)還有參考標(biāo)準(zhǔn)模塊5的輸出信號(hào)，自感應(yīng)檢測模塊4比較電磁鐵動(dòng)作模塊3的反饋輸出信號(hào)和參考標(biāo)準(zhǔn)模塊5的輸出信號(hào)，判斷電磁鐵的動(dòng)作執(zhí)行是否達(dá)到目標(biāo)位移量，并把比較結(jié)果輸出給邏輯比較輸出模塊6。3)由邏輯比較輸出模塊6把動(dòng)作執(zhí)行結(jié)果的邏輯反饋信號(hào)傳遞給電磁鐵電磁鐵主控模塊2。4)電磁鐵電磁鐵主控模塊2根據(jù)邏輯反饋結(jié)果，判斷電磁鐵運(yùn)動(dòng)是否達(dá)到目標(biāo)位移量。5)電磁鐵電磁鐵主控模塊2輸出動(dòng)作的邏輯信號(hào)給信號(hào)輸出模塊7。實(shí)施例二:本發(fā)明各模塊的工作原理和作用描述如下:
本發(fā)明系統(tǒng)輸入模塊I的工作原理和作用
系統(tǒng)輸入模塊I作為電磁鐵控制系統(tǒng)的輸入接口，電磁鐵的動(dòng)作模塊3是根據(jù)輸入接口接收的控制命令，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。本發(fā)明電磁鐵主控模塊2的結(jié)構(gòu)、工作原理和作用
電磁鐵主控模塊主要是ST公司的STM32F103VCT6處理器，LQFP100封裝，是一款C0RTEX-M3內(nèi)核的ARM處理器，系統(tǒng)主頻可高達(dá)72MHz，作為整個(gè)系統(tǒng)的主控的硬件平臺(tái)，在此硬件基礎(chǔ)上，自己開發(fā)的系統(tǒng)中的可執(zhí)行軟件代碼控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，包括系統(tǒng)圖形界面，輸入信號(hào)檢測，輸出控制信號(hào)，控制外部的動(dòng)作執(zhí)行模塊，詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)如下:
表I ST公司的STM32F103VCT6處理器技術(shù)參數(shù)表
權(quán)利要求
1.一種電磁鐵自感應(yīng)閉環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:系統(tǒng)輸入模塊，電磁鐵主控模塊，電磁鐵動(dòng)作模塊，自感應(yīng)檢測模塊，參考標(biāo)準(zhǔn)模塊，邏輯比較輸出模塊和信號(hào)輸出模塊； 其中，系統(tǒng)輸入模塊(I)的輸出端與電磁鐵主控模塊(2)輸入端相連接，電磁鐵主控模塊(2)的信號(hào)輸出端分別與信號(hào)輸出模塊(7)的信號(hào)輸入端和電磁鐵動(dòng)作模塊(3)的信號(hào)輸入端連接，電磁鐵主控模塊(2)的輸入端還分別與邏輯比較輸出模塊(6)和系統(tǒng)輸入模塊(I)的輸出端連接；自感應(yīng)檢測模塊(4 )的兩路輸入中一路與電磁鐵動(dòng)作模塊(3 )的輸出端相連，另一路與參考標(biāo)準(zhǔn)模塊(5)輸出端相連接，自感應(yīng)檢測模塊(4)的輸出端與邏輯比較輸出模塊(6)的輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電磁鐵自感應(yīng)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征是:所述系統(tǒng)輸入模塊(I)為電壓采樣電路；所述電磁鐵主控模塊(2)采用STM32F103VCT6處理器；所述自感應(yīng)檢測模塊(4)采用LM393DT雙電壓比較器；邏輯比較輸出模塊(6)采用標(biāo)準(zhǔn)D觸發(fā)器構(gòu)成；信號(hào)輸出模塊(7)采用IXD顯示屏。
3.根據(jù)權(quán)利 要求2所述電磁鐵自感應(yīng)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征是:所述電磁鐵動(dòng)作模塊3設(shè)有電磁鐵，該電磁鐵包括線電磁鐵外罩，及罩于電磁鐵外罩內(nèi)的圈A,線圈B和磁芯,磁芯依次穿套線圈A、B，圈A和線圈B的輸出端分別接入LM393DT雙電壓比較器。
4.權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的閉環(huán)控制方法，該方法包括以下步驟: O電磁鐵主控模塊2根據(jù)系統(tǒng)輸入模塊I的控制指令輸出控制信號(hào)，控制電磁鐵動(dòng)作模塊3，執(zhí)行電磁鐵動(dòng)作，完成系統(tǒng)的操作指令；電磁鐵動(dòng)作模塊3把動(dòng)作執(zhí)行結(jié)果的反饋信號(hào)輸出給自感應(yīng)檢測模塊4; 2)自感應(yīng)檢測模塊4接收電磁鐵動(dòng)作模塊3的反饋輸出信號(hào)，同時(shí)還有參考標(biāo)準(zhǔn)模塊5的輸出信號(hào)，自感應(yīng)檢測模塊4比較電磁鐵動(dòng)作模塊3的反饋輸出信號(hào)和參考標(biāo)準(zhǔn)模塊5的輸出信號(hào)，判斷電磁鐵的動(dòng)作執(zhí)行是否達(dá)到目標(biāo)位移量，并把比較結(jié)果輸出給邏輯比較輸出模塊6 ； 3)由邏輯比較輸出模塊6把動(dòng)作執(zhí)行結(jié)果的邏輯反饋信號(hào)傳遞給電磁鐵主控模塊2； 4)電磁鐵主控模塊2根據(jù)邏輯反饋結(jié)果，判斷電磁鐵運(yùn)動(dòng)是否達(dá)到目標(biāo)位移量； 5)電磁鐵主控模塊2輸出動(dòng)作的邏輯信號(hào)給信號(hào)輸出模塊7。
5.權(quán)利要求4所述的閉環(huán)控制方法，其中，所述步驟4)中，如果反饋的輸入信號(hào)小于標(biāo)準(zhǔn)參考電壓，則電磁鐵的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處于正常狀態(tài)，如果反饋的輸入信號(hào)大于標(biāo)準(zhǔn)參考電壓，則電磁鐵運(yùn)動(dòng)處于異常狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電磁鐵自感應(yīng)閉環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)包括系統(tǒng)輸入模塊，電磁鐵主控模塊，電磁鐵動(dòng)作模塊，自感應(yīng)檢測模塊，參考標(biāo)準(zhǔn)模塊，邏輯比較輸出模塊和信號(hào)輸出模塊。本發(fā)明解決了電磁鐵控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制，同時(shí)又降低了整個(gè)電磁鐵控制系統(tǒng)的成本。本發(fā)明的控制方法也提高了電磁鐵控制系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，同時(shí)也方便了電磁鐵和電磁鐵控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)G05B19/04GK103246221SQ20131020073
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月27日
發(fā)明者宋標(biāo) 申請人:南京信息工程大學(xué)