一种电磁开关高频信号的数据采集方法技术

本发明专利技术涉及一种电磁开关高频信号的数据采集方法，将输入电源依次经过整流单元、滤波单元后，通过两个电力电子开关施加在电磁开关线圈上，根据两个电力电子开关的驱动信号与前端直流滤波电压间接合成电磁开关线圈的高频方波电压。本发明专利技术结合电磁开关驱动电路，根据驱动信号及前端直流滤波电压来间接合成线圈高频方波电压，可大幅降低采样系统对电压传感器带宽及AD输入通道采样速度的要求，从而降低采样系统的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁开关高频信号的数据采集方法
本专利技术涉及工业控制系统领域，特别是一种电磁开关高频信号的数据采集方法。
技术介绍
电磁开关广泛应用于各种工业控制系统，其性能指标直接影响着整个系统的稳定性和可靠性。电磁开关在整个运动过程中的线圈电压、线圈电流、动铁心位移等机电参量的动态曲线构成了接触器的动态特性，可以在很大程度上反映其性能指标，成为判断接触器性能优劣的重要依据。目前，对电磁开关的动态特性进行分析主要通过两种方式：1、采用数模一体化联合仿真、三维有限元仿真及多物理场的一体化耦合仿真来建立电磁开关的动态仿真模型，进行动态特性仿真；2、以数据采集卡为核心，构建电磁开关的数据采集系统，对整个运动过程中的动态特性进行数据采集，之后进行上位机的数据分析。以上两种方法都是研究电磁开关动态特性的有效手段。近年来电磁开关的闭环智能控制技术发展迅速，主要有如下几种控制方案：1、线圈电流闭环控制技术：线圈激磁电压采用PWM控制，以线圈电流为反馈，进行闭环控制，直接调节线圈高频方波电压的导通周期数及占空比，从而得到所需的线圈电流。2、无位置传感器的位移闭环控制：在电流闭环控制的基础上，进一步采用位移估算技术来实时估算接触器动铁心位移，构建无位置传感器的位移闭环控制，其线圈激励电压同样为高频方波。3、线圈电压闭环控制技术：采用线圈电压平均值作为反馈，以PWM方式来调节激磁电压占空比，电磁开关的激磁电压同样为高频方波。通过以上智能控制方案可以看出：随着电磁开关智能控制技术的发展，其激磁方式由传统的工频交流或直流激磁向高频激磁转变，因此需要采用新的仿真方法或测量手段来研究高频激磁下电磁开关的动态特性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种电磁开关高频信号的数据采集方法，结合电磁开关驱动电路，根据驱动信号及前端直流滤波电压来间接合成线圈高频方波电压，可大幅降低采样系统对电压传感器带宽及AD输入通道采样速度的要求，从而降低采样系统的成本。本专利技术采用以下方案实现：一种电磁开关高频信号的数据采集方法，将输入电源依次经过整流单元、滤波单元后，通过两个电力电子开关施加在电磁开关线圈上，根据两个电力电子开关的驱动信号与前端直流滤波电压间接合成电磁开关线圈的高频方波电压。进一步地，所述整流单元采用整流桥电路实现，所述滤波单元采用并接在所述整流桥电路输出端的滤波电容实现，所述滤波电容的两端分别连接至两个电力电子开关的一端，所述两个电力电子开关的另一端分别连接至所述电磁开关线圈的两端。进一步地，所述两个电力电子开关与一嵌入式控制芯片电性相连，用以获取驱动信号；所述滤波单元的两端并接有用以采集前端直流滤波电压的电压传感器，所述电磁开关线圈串接有用以采集电磁开关线圈电流的电流传感器；所述电压传感器、电流传感器均连接至一采集卡的模拟通道，用以将前端直流滤波电压、电磁开关线圈电流信号输入采集卡；所述嵌入式控制芯片与所述采集卡的数字通道相连，用以将两个电力电子开关的驱动信号输入采集卡；所述采集卡的输出连接至上位机，用以将采集到的前端直流滤波电压、电磁开关线圈电流信号、以及两个电力电子开关的驱动信号输入至上位机进行后续处理。进一步地，所述采集卡的数字通道的采集端口设置有低通滤波电路，用以滤除电力电子开关驱动信号的高频尖峰干扰。进一步地，所述采集卡的驱动程序中设置有采样频率倍比，使得数字通道的采样频率高于模拟通道采样频率若干数量级，用以进行精确的驱动信号采样。进一步地，所述上位机进行后续处理包括以下步骤：步骤S1：上位机分别获取前端直流滤波电压、电磁开关线圈电流信号、以及两个电力电子开关的驱动信号的波形成分；步骤S2：获取电磁开关线圈电流信号波形的幅值，并存储为数组；获取前端直流滤波电压信号波形的幅值，并存储为数组；获取两个电力电子开关的驱动信号波形的初始时刻、波形数据间隔、两个驱动信号所组成的二进制数组及二进制数组的对数；步骤S3：将所述二进制数组转换成BCD码，并定义所述BCD码对应的电路状态系数，同时判断电磁开关线圈电流的幅值是否大于零，并将其逻辑结果与所述电路状态系数作逻辑与运算，得到最终的电压系数；步骤S4：将所述二进制数组的对数除以采集卡中的采样频率倍比n，使得每n个电压系数对应同一个前端直流滤波电压信号波形的幅值；步骤S5：将每n个电压系数乘以同一个前端直流滤波电压信号波形的幅值，并配合两个电力电子开关的驱动信号波形的初始时刻、波形数据间隔，依次运算重构得到电磁开关线圈的高频方波电压。步骤S5中，所述依次运算重构得到电磁开关线圈的高频方波电压具体包括以下步骤：步骤S51：从波形采集的初始时刻开始，每n个电压系数分为一组，每一组电压系数依次对应一个前端直流滤波电压信号波形的幅值，由于n为采集卡数字通道与模拟通道的采样速度倍数（n为正整数），因此能够保证每一组电压系数都能唯一对应一个波形幅值数据。从第一组开始，依次将每组的n个电压系数乘以对应的前端直流滤波电压信号波形的幅值，直至最后一组为止，得到高频方波电压的幅值数组；步骤S52：得到高频方波电压幅值数组后，即可对线圈方波电压波形进行重构，通过获取数字波形成分得到数字波形的初始时刻t0及数字波形的数据间隔dt，以t0作为波形初始时刻，以dt作为波形数据的时间间隔，依次以高频方波电压的幅值数组作为对应时刻的波形数据，便可以完成线圈方波电压波形的重构。与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：本专利技术所提出的方法结合电磁开关驱动电路，根据驱动信号及前端直流滤波电压来间接合成线圈高频方波电压，可大幅降低采样系统对电压传感器带宽及AD输入通道采样速度的要求，从而降低采样系统的成本。该采样方法的硬件开销较少，不仅适用于低成本的采集卡采样，更适用于单片机等硬件资源有限的嵌入式采样。附图说明图1为本专利技术实施例的原理示意图。图2为本专利技术实施例的合成电磁开关线圈电压与实测电压对比示意图1（整体波形对比）。图3为本专利技术实施例的合成电磁开关线圈电压与实测电压对比示意图2（起动细节波形对比）。图4为本专利技术实施例的合成电磁开关线圈电压与实测电压对比示意图3（保持细节对比）。图5为本专利技术实施例的合成电磁开关线圈电压与实测电压对比示意图4（分断细节波形对比）。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。如图1所示，本实施例提供了一种电磁开关高频信号的数据采集方法，将输入电源依次经过整流单元、滤波单元后，通过两个电力电子开关施加在电磁开关线圈上，根据两个电力电子开关的驱动信号与前端直流滤波电压间接合成电磁开关线圈的高频方波电压。在本实施例中，所述整流单元采用整流桥电路实现，所述滤波单元采用并接在所述整流桥电路输出端的滤波电容实现，所述滤波电容的两端分别连接至两个电力电子开关的一端，所述两个电力电子开关的另一端分别连接至所述电磁开关线圈的两端。在本实施例中，所述两个电力电子开关与一嵌入式控制芯片电性相连，用以获取驱动信号；所述滤波单元的两端并接有用以采集前端直流滤波电压的电压传感器，所述电磁开关线圈串接有用以采集电磁开关线圈电流的电流传感器；所述电压传感器、电流传感器均连接至一采集卡的模拟通道，用以将前端直流滤波电压、电磁开关线圈电流信号输入采集卡；所述嵌入式控制芯片与所述采集卡的数字通道相连，用以将两个电力电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电磁开关高频信号的数据采集方法，其特征在于：将输入电源依次经过整流单元、滤波单元后，通过两个电力电子开关施加在电磁开关线圈上，根据两个电力电子开关的驱动信号与前端直流滤波电压间接合成电磁开关线圈的高频方波电压。

【技术特征摘要】
1.一种电磁开关高频信号的数据采集方法，其特征在于：将输入电源依次经过整流单元、滤波单元后，通过两个电力电子开关施加在电磁开关线圈上，根据两个电力电子开关的驱动信号与前端直流滤波电压间接合成电磁开关线圈的高频方波电压。2.根据权利要求1所述的一种电磁开关高频信号的数据采集方法，其特征在于：所述整流单元采用整流桥电路实现，所述滤波单元采用并接在所述整流桥电路输出端的滤波电容实现，所述滤波电容的两端分别连接至两个电力电子开关的一端，所述两个电力电子开关的另一端分别连接至所述电磁开关线圈的两端。3.根据权利要求1所述的一种电磁开关高频信号的数据采集方法，其特征在于：所述两个电力电子开关与一嵌入式控制芯片电性相连，用以获取驱动信号；所述滤波单元的两端并接有用以采集前端直流滤波电压的电压传感器，所述电磁开关线圈串接有用以采集电磁开关线圈电流的电流传感器；所述电压传感器、电流传感器均连接至一采集卡的模拟通道，用以将前端直流滤波电压、电磁开关线圈电流信号输入采集卡；所述嵌入式控制芯片与所述采集卡的数字通道相连，用以将两个电力电子开关的驱动信号输入采集卡；所述采集卡的输出连接至上位机，用以将采集到的前端直流滤波电压、电磁开关线圈电流信号、以及两个电力电子开关的驱动信号输入至上位机进行后续处理。4.根据权利要求3所述的一种电磁开关高频信号的数据采集方法，其特征在于：所述采集卡的数字通道的采集端口设置有低通滤波电路，用以滤除电力电子开关驱动信号的高频尖峰干扰。5.根据权利要求3所述的一种电磁开关高频信号的数据采集方法，其特征在于：所述采集卡的驱动程序中设置有采样频率倍比，使得数字通道的采样频率高于模拟通道采样频率若干数量级，用以进行精确的驱动信号采样。6.根据权利要求3所述的一种电磁开关高频信号的数据采集方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤龙飞，韩志平，许志红，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35