一种电磁阀高动态控制系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电磁阀高动态控制系统及其方法。系统包括预加载电压源、高电压源、稳电压源、负电压源、零电压源、高速切换开关、电流检测器、电磁阀、压力传感系统和控制器；通过在电磁阀预期启闭时刻前，提前加载电压，使线圈电流保持在一个略小于开启电流的状态(开启阶段)，或保持在一个略大于关闭电流的状态(关闭阶段)，因此，大幅降低了启闭滞后时间。在开启阶段，采用高电压源激励，使电流快速上升，减小了开启阶段的运动时间；在关闭阶段，采用负电压源激励，使电流快速下降到0，减小了关闭阶段的运动时间。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁阀高动态控制系统及其方法
本专利技术涉及电磁阀控制领域，具体涉及一种电磁阀高动态控制系统及其方法。
技术介绍
在电磁阀的驱动中，安匝数和工作气隙对电磁铁的电磁力影响最大。安匝数即线圈匝数与单圈线圈中电流的乘积。在磁通量未饱和的情况下，电流越大，电磁力越大；工作气隙越小，电磁力越大。由于电磁阀在开启时往往是电磁铁中工作气隙最大的时候，而关闭时往往是电磁铁中工作气隙最小的时候，因此开启电流比关闭电流大。目前液压领域的电磁阀大多采用单电压控制，即在预期开启时刻，接通驱动电压，使电磁阀线圈电流增大，直至电磁力足以克服各类阻力时，电磁阀开启；电磁阀开启滞后，线圈继续保持电压激励状态，因此线圈电流持续增大，直至当前驱动电压所能达到的最大电流值，直到预期关闭时刻到来，此时，驱动电压断开，线圈电流在无电压激励的情况下自然下降，电磁力也随之下降，直至电磁力不足以克服回复力，此时，电磁阀阀芯开始做复位运动。该方法控制简单，通过调节驱动电压的频率来实现电磁阀开关的频率，通过调节驱动电压的占空比来控制电磁阀在一个信号周期内的启闭时间。然而，该控制方式存在一些不足，主要表现在：当驱动电压太小时，电流增大至使电磁阀开启所需的时间较长，因此开启滞后时间较长；当驱动电压太大时，电流在电磁阀开启后继续增大，直至电流所能达到的最大值，因此在电磁阀预期关闭时刻，电流初始值较大，线圈在零电压驱动的自然状态下，电流下降到使电磁阀关闭所需的时间较长，因此关闭滞后时间较长。所以，单电压驱动方法无法同时兼顾电磁阀开启和关闭两个阶段的动态特性。而且，该方法在阀已经开启的情况下，为了保持开启状态，驱动电压仍然处于高位，这样就容易导致线圈中的电流持续上升至能达到的最大值，从而引起线圈发热，降低电磁阀寿命。
技术实现思路
为了解决上述难点，本专利技术提出了一种电磁阀高动态控制系统及方法。本专利技术首先公开了一种电磁阀高动态控制系统，其包括预加载电压源、高电压源、稳电压源、负电压源、零电压源、高速切换开关、电流检测器、电磁阀、压力传感系统和控制器；所述高速切换开关具有六个接触头，其中第一接触头、第二接触头、第三接触头、第四接触头、第五接触头分别与预加载电压源、高电压源、稳电压源、负电压源、零电压源相连；第六接触头通过电流检测器与电磁阀线圈相连；所述控制器的输出端口与高速切换开关相连并可控制第六接触头与其余接触头的连接状态；压力传感系统与电磁阀各工作口连接用于获得电磁阀各工作口的压力状态；控制器与压力传感系统连接，所述控制器包含控制信号产生单元。作为本专利技术的优选方案，所述的控制信号产生单元产生的控制信号为方波信号，方波信号的占空比即电磁阀目标开启时间和周期时间比。该控制信号由操作者通过控制器内部的控制信号产生单元编程生成，控制信号参与控制器内部运算。控制器实时获取控制信号产生单元产生的控制信号的占空比、频率、上升沿时刻和下降沿时刻。当控制信号发生改变时，控制器也能获知改变后的控制信号的占空比、频率、上升沿时刻和下降沿时刻，从而知道下一周期的控制信号上升沿何时到来。本专利技术还公开了一种基于所述系统的电磁阀高动态控制方法，包括如下步骤：控制信号产生单元产生控制信号，在控制信号上升沿到来之前，根据当前线圈电流状态和线圈的电气参数，控制器计算得到预加载阶段的持续时间，根据预加载阶段的持续时间，控制器提前将第六接触头与第一接触头连通进入预加载阶段，预加载阶段后线圈电流稳定在一个小于开启电流设定比例的预加载电流状态；当控制信号上升沿到来时，控制器将第六接触头与第二接触头连接，线圈在高电压源的激励下，电流迅速上升，由于电流在控制信号上升沿到来前就已经稳定在一个略小于开启电流的状态，外加高电压源的激励，电流将在短时间内上升至开启电流，此时，电磁阀阀芯开启移动，进入开启阶段，第二接触头和第六接触头继续保持连接直到连接时间等于该电磁阀在0电流状态下，采用所述的高电压源激励至完全打开所需的时间；到达设定的时间后，控制器将第六接触头与第三接触头连接，电流逐渐下降，并最终稳定在一个大于关闭电流设定比例的维持电流状态，以保持电磁阀开启的状态；当控制信号下降沿到来时，控制器将第六接触头与第四接触头连接，在负电压源的激励下，线圈电流迅速降低至关闭电流，此时阀芯开始运动，进行复位，负电压继续激励，直至电流降低至0；当电流达到0时，控制器将第六接触头与第五接触头连接，线圈电流在零电压源的激励下，继续保持0电流状态，直到下一个预加载阶段到来。作为本专利技术的优选方案，所述预加载电压源的电压数值略小于电磁阀线圈电阻与开启电流的乘积，在本专利技术的优选方案中，小于电磁阀线圈电阻与开启电流乘积的5％-10％；稳电压源的电压数值略大于电磁阀线圈电阻与关闭电流的乘积，在本专利技术的优选方案中，大于电磁阀线圈电阻与关闭电流乘积的5％-10％。作为本专利技术的优选方案，所述的预加载阶段所需的持续时间的计算过程为：控制器根据当前电磁阀电流、线圈电阻和电感，计算线圈电流上升至预加载电流所需的时间，该时间的基础上，延长设定的时间(优选，该时间的基础上，延长5％-10％的持续时间)，即作为预加载阶段的持续时间。本专利技术具有的有益效果是：1)电磁阀各工作口的压力可以通过压力传感系统获得，并反馈给运算器，运算器根据该电磁阀前期测试的数据自动计算出开启电流和关闭电流；2)压力传感系统和控制器配合使用，工作过程中即使电磁阀的工况发生变化，控制器也能根据压力传感系统读取的压力值进行智能地调节，使电磁阀具有对工况的自适应能力；3)通过在电磁阀预期启闭时刻前，提前加载响应的电压，使线圈电流保持在一个略小于开启电流的状态(开启阶段)，或保持在一个略大于关闭电流的状态(关闭阶段)，因此，大幅降低了启闭滞后时间。4)本专利技术高电压源连接时间等于该电磁阀在0电流状态下，采用相同的高电压源激励至完全打开所需的时间；这样的做法好处在于：可以进一步提高开启阶段的动态特性，其原因是如果电磁阀动态特性很慢，但是电磁铁的电磁动态特性很好，那么就会存在电流快速上升到了开启电流，而电磁铁却还在运动，即未完全开启，如果这个时候就将高电压源切换成稳电压源，就会降低开启阶段的动态特性。5)本专利技术在连通负电压源的状态下，使负电压继续激励，直至电流降低至0。该方法与现有技术中仅利用负电压源将电流降低至小于临界关闭电流的方案不同。电磁阀的动态特性比较弱，而电磁铁的而电磁动态特性比较好，利用现有技术中的方法会存在一个现象，即电流已经降低到了关闭电流，但是电磁铁还处在关闭运动阶段，且运动速度比较慢。如果这个时候就将负电压切换成零电压，那么电磁铁进行关闭运动的动态特性就无法进一步提升。因此，将电磁特的电流直接降低到零，可以最大程度上提升电磁铁关闭阶段的动态特性。附图说明图1为本专利技术电磁阀高动态控制系统的结构示意图；图2为本专利技术的控制信号和电流曲线图。图3为电磁阀高动态控制系统的电磁阀启闭特性(开启)。图4为电磁阀高动态控制系统的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电磁阀高动态控制系统，其特征在于包括预加载电压源(1)、高电压源(2)、稳电压源(3)、负电压源(4)、零电压源(5)、高速切换开关(6)、电流检测器(7)、电磁阀(8)、压力传感系统(9)和控制器(10)；/n所述高速切换开关(6)具有六个接触头，其中第一接触头(6-1)、第二接触头(6-2)、第三接触头(6-3)、第四接触头(6-4)、第五接触头(6-5)分别与预加载电压源(1)、高电压源(2)、稳电压源(3)、负电压源(4)、零电压源(5)相连；第六接触头(6-6)通过电流检测器(7)与电磁阀线圈相连；所述控制器(10)的输出端口与高速切换开关(6)相连并可控制第六接触头(6-6)与其余接触头的连接状态；压力传感系统(9)与电磁阀(8)各工作口连接用于获得电磁阀各工作口的压力状态；控制器(10)与压力传感系统(9)连接，所述控制器(10)包含控制信号产生单元。/n

【技术特征摘要】
1.一种电磁阀高动态控制系统，其特征在于包括预加载电压源(1)、高电压源(2)、稳电压源(3)、负电压源(4)、零电压源(5)、高速切换开关(6)、电流检测器(7)、电磁阀(8)、压力传感系统(9)和控制器(10)；
所述高速切换开关(6)具有六个接触头，其中第一接触头(6-1)、第二接触头(6-2)、第三接触头(6-3)、第四接触头(6-4)、第五接触头(6-5)分别与预加载电压源(1)、高电压源(2)、稳电压源(3)、负电压源(4)、零电压源(5)相连；第六接触头(6-6)通过电流检测器(7)与电磁阀线圈相连；所述控制器(10)的输出端口与高速切换开关(6)相连并可控制第六接触头(6-6)与其余接触头的连接状态；压力传感系统(9)与电磁阀(8)各工作口连接用于获得电磁阀各工作口的压力状态；控制器(10)与压力传感系统(9)连接，所述控制器(10)包含控制信号产生单元。


2.根据权利要求1所述的电磁阀高动态控制系统，其特征在于所述的控制信号产生单元产生的控制信号为方波信号，方波信号的占空比即电磁阀目标开启时间和周期时间比。


3.根据权利要求1所述的电磁阀高动态控制系统，其特征在于所述的控制器(10)实时获取控制信号产生单元产生的控制信号的占空比、频率、上升沿时刻和下降沿时刻。


4.一种如权利要求1所述系统的电磁阀高动态控制方法，其特征在于包括如下步骤：
在控制信号上升沿到来之前，根据预加载阶段的持续时间，控制器提前将第六接触头(6-6)与第一接触头(6-1)连通进入预加载阶段，预加载阶段后线圈电流稳定在一个小于开启电流设定比例的预加载电流状态；
当控制信号上升沿到来时，控制器将第六...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟麒，孙造诣，王军，何贤剑，汪谢乐，李研彪，陈波，孙鹏，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33