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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(tǒng)一般包括恒流源電路、勵磁線圈驅(qū)動電路、勵磁時序產(chǎn)生電路及檢流電路這幾個部分，其框圖如圖2.1所示。

系統(tǒng)由恒流源電路向勵磁線圈驅(qū)動電路供電，勵磁線圈驅(qū)動電路根據(jù)勵磁時序產(chǎn)生電路發(fā)出的勵磁時序控制信號CT1和CT2 通過開關(guān)控制流過勵磁線圈的勵磁電流的方向，但不改變穩(wěn)態(tài)幅值，進(jìn) 而實現(xiàn)對勵磁線圈的方波勵磁。方波勵磁中，勵磁線圈驅(qū)動電路一般采用互橋及其開關(guān)驅(qū)動電路。由于系統(tǒng)工況往往隨環(huán)境等各種因素而發(fā)生隨機(jī)性的變化，從而使系統(tǒng)中實際流過勵磁線圈的電流也往往存在波動，而非所設(shè)定的恒流源的恒流輸出，故而，勵磁控制系統(tǒng)中通常加入檢流電路，用于將流過勵磁線圈的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出，以提供給電磁流量計信號處理系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算結(jié)果的電流修正。勵磁時序產(chǎn)生電路一般由電磁流量計控制核心控制工作，從而產(chǎn)生具有一定頻率的勵磁時序高頻勵磁控制系統(tǒng)中，要保證信號零點(diǎn)的穩(wěn)定性，勵磁恒流控制的快速響應(yīng)是前擔(dān)。另外，勵磁時序頻率的準(zhǔn)確性及電流檢測的準(zhǔn)確性均直接影響信號處理結(jié)果的精度。故而，高頻勵磁控制系統(tǒng)的設(shè)計中，勵磁恒流控制技術(shù)是關(guān)鍵，勵磁時序的**控制及勵磁電流的準(zhǔn)確檢測也至關(guān)重要。

2.勵磁恒流控制原理
方波勵磁控制系統(tǒng)中，恒流控制的輸入量是對應(yīng)于勵磁穩(wěn)態(tài)設(shè)定電流的電壓設(shè)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(lián) ,其兩端的電壓U與流過的勵磁電流工之間的傳遞函數(shù)如式所示。

為得到較好的恒流控制性能，根據(jù)控制理論，我們通過 MATLAB中Simulink搭建恒流PI控制系統(tǒng)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(jīng)恒流控制的勵磁電流輸出，Out2為經(jīng)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(chǎn)的電容式電磁流量計 25Smm口徑一次儀表設(shè)置，其電阻值為26.8Q ，電感值為24.546mH。經(jīng)參數(shù)調(diào)試 ,將比例系數(shù)K1 設(shè)為13.5、積分系數(shù)K2 設(shè)為5655時，能得到較好的勵磁電流控制效果。勵磁電流控制結(jié)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(jīng)恒流控制的勵磁電流曲線，實線為經(jīng)過 PI恒流控制的勵磁電流曲線。由圖(b)可見，勵磁電流經(jīng)PI恒流控制后，其響應(yīng)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(xiàn)勵磁電流的快速響應(yīng)，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(wěn)態(tài)差值較大時，PI控制器處于高壓飽和輸出狀態(tài)。當(dāng)電流接近穩(wěn)態(tài)設(shè)定值時，PI控制器進(jìn)入線性控制區(qū)并隨著電流的上升而降低控制輸出電壓。電流進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，控制器輸出則為平穩(wěn)的低壓控制量。當(dāng)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(yīng)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(nèi)平穩(wěn)態(tài)時間所占比重較大以保證信號有較好的零點(diǎn)穩(wěn)定性，則由圖中(a)圖可知，PI控制器絕大多數(shù)時間的輸出量均為平穩(wěn)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(yīng)時，控制器的能耗將非常大，不利于穩(wěn)定工作。
當(dāng)前應(yīng)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(xù)變化。但應(yīng)用中基本上都采用單一PWM 調(diào)制電源(如DC/DC 轉(zhuǎn)換器) 通過跟隨勵磁電流連續(xù)調(diào)節(jié) PWM 點(diǎn)空比的方式來連續(xù)調(diào)節(jié)勵磁供電電壓,而此類調(diào)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(xiàn)很大超調(diào)，無法用于高頻勵磁。
為此，本根據(jù)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(huán)恒流控制方式，并研制相應(yīng)的電磁流量計勵磁控制系統(tǒng)。

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