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2015年26期 223
胡 森 杨 阳 廉 彬
沈阳航天新光集团有限公司，辽宁 沈阳 110086
摘要：本文在对比例电磁阀工作原理进行分析的基础上，建立比例电磁阀线圈电流的数学模型设计一种通过脉宽调制(PWM)技术控制比例电磁阀阀芯开口的方法。通过产生一定频率的 PWM 信号，在不改变频率的前提下调节该 PWM 波的占空比，获到适当的输出电流，然后将电流放大加载到比例电磁阀线圈上，进而控制管路内流量变化，最后得到不同的雾滴粒径和速度。 根据植株病虫害的具体情况，调节系统参数，提高雾滴沉积率，改善喷雾效果。 关键词：变量喷雾；比例电磁阀；脉冲宽度调制(PWM)；功率放大电路 中图分类号：TH137.52 文献标识码：A 文章编号：1671-5780(2015)26-0223-02蜗轮副
1 引言
中国是一个农业大国，农业机械化与精准农业水平技术需要改进。在农作物病虫害防治过程中，农药使用率低、残留量大，环境严重污染和毒害要求运营商严重的问题亟待解决。变量喷施任务主要包括三方面的关键技术：检测技术、 喷施算法优化及精量喷雾实施阶段。 前两个方面相关技术比较成熟， 对实施阶段的研究相对较少。 在实施阶段改善雾化效果的方法有风送式提高沉积率、 使用化学助剂、 静电喷雾等。 以上方法需要在基本的喷雾系统中增加设备， 经济性差， 难以推广。 以往研究
表明： 喷头尺寸及管线内液体压力影响雾滴粒径， 管线内液体压力影响雾滴速度本文通过溢流阀调节管线内液体压力， 通过调PWM 占空比调节流量， 选择适当的喷头， 使雾滴粒径及速度得到控制， 提高雾滴沉积率及利用率， 改善喷雾质量。
2 系统结构
本试验平台基于文献中的结构有改进， 如图1所示。 药液混合均匀后， 在电机和泵的作用下经过液压管路传送至喷头。 在选定喷头的情况下， 通过控制管路流量及压力， 可以改变雾化特性 (包括液滴速度、 液滴粒径以及喷雾角) 达到改善喷雾效果。 本试验中通过溢流装置控制系统压力， 通过比例阀开口大小控制系统流量。 系统中选用比例电磁阀， 合理控制通过线圈的电流， 得到相应的电磁阀开口大小，实现流量的控制。 使用粒子分析仪分析雾场中粒子
的速度和粒径， 根据实验数据， 调节系统参数，达到预期效果。防老剂rd
图1 实验平台系统结构
3 比例电磁阀工作原理 3.1 比例电磁阀工作原理
比例电磁阀的结构如图 2所示，通过脉宽调制信号(PWM)控制比例电磁阀，其中的比例电磁铁可将控制电流信号转换成力信号，且轴向推力与线圈电流成正比。当控制电压增大，线圈通电电流增大，衔
铁受电磁力增大，当电磁力大于阀芯所受负载力的总和时，阀芯移动进而使阀口遮盖量发生改变，以此完成与控制电压成比例的压力、流量输出。
图2 比例电磁阀结构图
系统中断控制器3.2 比例电磁阀线圈电流数学模型
比例电磁阀采用 PWM 驱动，即周期一定、脉冲宽度可控的矩形电压波，比例电磁阀线圈在电气控制回路可以简化为电阻和电感的串联，如图 3 所示。
图3 PWM 驱动等效电路
将每个控制周期的控制分为 PWM_ON 状态和PWM_OFF 状态两阶段，驱动等效电路为 ＲL 电路，通过 ＲL 电路暂态分析法可得电磁阀线圈在一个控制周期内的平均电流。
PWM_ON_State：根据基尔霍夫定律可知: U d
d L
R t
i
i =+
)1)(()(000τ
τ
τ
t
s t t s S e I I I e
I e I I t i -
----+=⋅+-=
R
L R U I s
氟塑料离心泵结构图==τ,
同理PWM-OFF-STATE:
0=+t
i
s d d L
R
τ
t
e
I t i -⋅=0)(
其中，Ｒ 为等效电阻；L 为等效电感;U 为供电电压;i(t) 为瞬态电流；I0为初始电流；Is 为稳态电流；τ 为时间常数。
4 硬件电路设计
4.1 PWM 信号发生器及脉宽调制
PWM 信号发生电路由定时器芯片NE556组成， 其电路如图4所示。 用来调整PWM 信号的频率如图4 (a)所示， 其输出信号作为脉宽调制电路的输入信号， 电位器Rw1用来调整输出频率f ， f 值可用下式计算：
4
4311)(43
.1C R R R R f w +++=
用NE556芯片做脉宽调制器如图4 (b) 所示， 频率发生器输出的脉冲信号输入到脉宽调制电路的触发引脚， 其输出频率不变， Uin 为NE556芯片的额定工作电压， 调节Rw2改变输出信号的脉宽， 实现输出电流的调节。 脉宽调制的数学模型为：
32C R T u H
=00
羟基氧化钴2
U V U V CC --
（a ） 频率调节电路
技术创新
224 2015年26期
（b ） 占空比调节电路
图 4 PWM 信号频率及脉宽调制电路
4.2 功率放大电路
基于LM358运算放大器， 设计功率放大电路如图5所示。
图5 功率放大电路
由图4产生的脉冲信号， 加载到图5的输入端进行放大， 设计中将功率放大电路的输出引入脉宽调制电路的输入端， 构成深度负反馈， 提高稳定性， 减小非线性失真。
5 结束语
基于变量喷雾试验平台， 通过PWM 技术控制比例电磁阀的开口， 从而在压力一定的情况下， 实现流量输出的控制。 通过NE556芯片构成频率可调的脉冲输出电路， 然后在频率不变的情况下进行脉宽调制， 调节输出电流。 最后经过功率放大电路放大后加载到电磁阀上， 实现变量喷雾的控制。 本设计结构简单、 功耗低、 稳定性好并且具有较强的抗干扰能力。
参考文献
[1]王叶，陶刚，杨玉文. 比例电磁阀电压温度补偿控制方法[J]. 液压与气动， 2014（05）.
[2]翟庆钟， 冯静安， 王卫兵， 王坤. 基于 PWM 技术的比例电磁阀的控制方法[J]. 中国农机化学报， 2015（02）. [3]孟飞，陶刚，陈慧岩. 一种用于自动变速器的比例电磁阀研究 [J]. 机械工程学报 ， 2014(20).
（上接第 222 页）
客病毒、黑客攻击实施，分析其特性，提取检测特征来更新该网络主动防御监控中心的规则数据库。检测防御模块由IDS 、漏洞扫描系统、陷阱机和取证系统共同实现，包括异常检测、模式发现和漏洞发现。 2.2.2 入侵特征信息使用模块
入侵特征信息使用模块包括网络主动防御监控中心(Net —work Active Defense Control Monitor Centre ，NADCMC)与网络主动防御代理(NADAgent)，网络主动防御监控中心部署在中心交换机上，要求能够和网络中所有网络主动防御代理通信，负责为安全管理员提供系统控制平台，接收来自检测防御模块的规则更新；网络主动防御代理直接连接运行于被监控网络，能同时并发、实时地对多个子
网进行监控，接收由该网络主动防御监控中心传来的命令，回送运行结果。网络主动防御监控中心在发现有来自内外检测防御模块的新规则生成后，自动将该规则数据库中新策略下发到部署在不同子网内的网络主动防御代理，该网络主动防御代理接收并执行该网络主动防御监控中心制定的策略，完成网络数据包的捕获分析，详细记录网络状态产生日志，发现网络异常并产牛告警，通过通信模块完成日志及告警上传至该网络主动防御监控中心。
2.2.3 入侵防御系统部署
IPS 部署在内外网交界处以提高电力二次系统的丰动发个防御能力。在互联网出入口处串联部署IPS ．从而实现电力一次系统由内网到外网，由外网到内网的深度安全防护。
3 结论蓄电池模拟器
电力二次系统的安全稳定保障着电力一次系统的可靠运行，随着智能电网的全面建设，越来越多的计算机终端等接入电力二次系统，这对电力二次系统提出了越来越高的要求，本文所设计的防御策略契合电力二次系统安全防护规定所提出的要求，紧密结合电力企业业务实际，从业务和数据出发对系统内部嘲络进行安全分区的基础上加入检测防御模块的设计构成满足需要的丰动的安全防御体系解决了电力二次系统中存在的数据和业纡安全保护的矛盾，提高系统的主动防御能力。
参考文献
[1]邹春明，郑志千，刘智勇，陈良汉，陈敏超.电力二次安全防护技术在工业控制系统中的应用[J].电网技术，2013，11：3227-3232.
[2]杨眉.浅谈电力调度自动化二次系统安全防护[J].通讯世界，2014，01：125-126.
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