由于信号发生器产生信号的功率很小，不足以驱动负载线圈工作，传统的驱动方式是采用“信号发生器＋功率放大器”的形式，通过功率放大器对信号进行放大来驱动负载线圈工作，但功率放大器有一定的频带范围，超过频带范围再加上负载线圈的影响，就会产生波形失真现象。负载为驱动机构的激励线圈，占空比为50%的方波信号经功率放大器（型号GF－20W）放大后的电压和电流曲线如图5－10所示。从图5－10可以看出，受功率放大器频带范围的限制，只能在一定频率范围内保持波形不失真。在频率较低时（1 Hz），方波信号放大后已经完全失真；在频率达到10 Hz时，电压曲线和电流曲线才逐渐呈现出方波形状；频率在125 Hz左右时，能保持较好的方波波形；但频率大于250 Hz时，由于负载线圈电感和功率放大器非线性的影响，在方波信号的上升和下降阶段，电流波形的延迟现象逐渐变得明显；当频率达到400 Hz以上时，电流波形已接近三角波，失真现象非常严重。
图5-10 方波信号放大后的电压电流曲线（书后附彩插）
针对上述问题，设计了适用于箝位式致动器的多脉冲信号控制器。信号控制器主要由脉冲模块、控制模块和人机交互模块组成，其组成和工作原理如图5－11所示。脉冲模块通过光耦开关的通－断产生方波信号，控制模块用于控制脉冲模块按预先设定的时序工作，人机交互模块用于显示和设置信号参数，电源组用来提供直流电源。
信号控制器的工作流程为：首先电源组将三路直流稳压电源输送到脉冲模块，然后通过人机交互模块设置各路信号的周期、占空比和高电平延迟等参数，控制模块根据参数设置，通过CMOS控制脉冲模块的通－断时机，最终得到特定时序的三路正方波信号。通过这种方案得到的三路驱动信号为正方波电流信号，直接避免了GMM倍频现象的发生。信号电压通过直流电源进行调节，通过人机交互模块的触摸屏可以设置三路信号的周期、占空比和高电平延迟等参数。信号控制器设置界面如图5－12所示，信号控制器最多可输出四路信号。
图5-11 信号控制器组成和工作原理
图5-12 信号控制器设置界面
信号控制器的电路板组成如图5－13所示，主要由单片机、光耦开关、液晶触摸屏、三极管、散热器、MOS管、电流传感器、三端稳压器、电容和电阻等组成。在触摸屏上设置信号的相关参数，通过单片机来控制光耦开关时序，从而得到设定时序的正方波信号。(www.xing528.com)
图5-13 信号控制器电路板组成
图5－14所示为信号控制器产生的单路电压电流曲线，在频率较低时，能够保持规则的正方波波形。同样受负载线圈电感的影响，在频率达到250 Hz时，相对于单个周期，电流曲线的阶跃上升阶段开始出现明显的延迟现象，但在信号的下降阶段，仍能保持快速下降，波形失真优于功率放大器产生的信号。在高频率时，信号能够快速下降，保证箝位式致动器能够迅速复位，不会影响下一步动作。设计的信号控制器的另一个优点是直接产生正方波信号，不用额外设置偏置磁场就可以避免倍频现象，能够简化结构，有助于致动器输出稳定性的提高。
图5-14 信号控制器产生的单路电压电流曲线（书后附彩插）
通过液晶触摸屏可以设置各路驱动信号的时序参数，例如箝位式致动器需要三路正方波信号，可在触摸屏进行如下参数的设置：周期T＝0.1 s；占空比D1＝25%，D2＝50%，D3＝60%；高电平延迟T1＝0，T2＝T/2，T3＝T/4。信号控制器输出的三路电压信号如图5－15所示。从图5－15中可以看出，控制信号和设置时序完全一致，表明信号控制器能够输出设定时序的驱动电压信号，且信号输出状态稳定。
综上所述，在致动器的工作频率范围内（0～210 Hz），设计的信号控制器能产生规则的正方波信号，其性能优于“信号发生器＋功率放大器”产生的方波信号。最多可输出四路方波信号，可以满足箝位式致动器多路信号的驱动需求。同时能够在触摸屏上进行信号参数设置，得到不同时序的驱动信号，便于后续分析驱动信号时序对致动器性能的影响。信号控制器以液晶触摸屏为交互界面，操作简单直观。
图5-15 信号控制器输出的三路电压信号
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