一种比例电磁阀PWM平均电流计算装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了的比例电磁阀PWM平均电流计算装置及方法，其采集模块采集电源电压、阀芯的峰值和谷值驱动电流及相应时刻；参数计算模块计算比例电磁阀线圈电感和电阻等参数；滤波器模块对线圈电感和电阻进行低通滤波；电流细化模块计算时间常数，并建立相应的电路方程，并计算细分电流值以确定电流序列；平均电流模块对电流序列进行梯形法求和后，再除以PWM周期计算出平均电流。本发明专利技术不仅具有通过软件进行平均电流计算的优点,还有降低采样频率，降低成本，提高计算精度，进而提高阀芯控制精度，提升电流控制的快速性和稳定性等优点，有利于消除环境因素变化所导致的比例电磁阀电阻等的变化，增加了适应性，同时提升了比例电磁阀的响应性。的响应性。的响应性。

【技术实现步骤摘要】
一种比例电磁阀PWM平均电流计算装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种比例电磁阀PWM平均电流计算装置及方法，属于比例电磁阀电气控制


技术介绍

[0002]电液比例控制技术由于其高效的性能及低廉的价格，广泛的应用于汽车、工程机械、船舶等各类执行机构当中，是其重要组成部分。电液比例控制技术的核心是电液比例电磁阀，在传统液压控制阀基础上，增加电
‑
机械转换装置，将电信号转换为阀芯位移信号，线性成比例的控制液压系统的压力、流量或方向等参数。
[0003]电液比例控制技术的核心在于控制阀芯驱动电流，控制器通过PWM(脉冲宽度调制)技术给阀芯施加具有一定幅值及频率的电压脉冲信号，在阀芯电磁线圈内形成相应的阀芯驱动电流，其幅值正比于阀芯的位移量。因此阀芯驱动特性对电磁阀控制电流驱动能力提出了更高的要求，即需要精确计算PWM平均电流。
[0004]现有的技术方案中，有的通过增设额外的硬件电路连续采集电流的方式，虽然其电流精度高，但额外硬件电路增加了产品的成本，并且电路硬件参数确定后，在实际使用过程中不能更改；有的通过软件高频离散采集电流的方式，但其系统资源占用高，直接影响到控制器芯片的选型，增加了产品的成本；有的通过采集峰值和/或谷值的电流和时刻，利用平均值控制律等方法形成的三角形面积来近似计算平均电流，但导致计算精度低。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于针对现有技术方案中所存在的上述不足而提供一种比例电磁阀PWM平均电流计算装置。<br/>[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于针对现有技术方案中所存在的上述不足而提供一种比例电磁阀PWM平均电流计算方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供一种比例电磁阀PWM平均电流计算装置，包括：
[0008]一采集模块，用以采集电源电压、阀芯的峰值和谷值驱动电流及相应时刻；
[0009]一参数计算模块，该参数计算模块的信号输入端与所述采集模块的信号输出端连接，将PWM驱动过程细分为上升和下降两部分，通过电路方程计算比例电磁阀线圈的电感、电阻；
[0010]一滤波器模块，所述滤波器模块的信号输入端与所述参数计算模块的信号输出端连接，所述滤波器模块的信号反馈端与所述参数计算模块的信号反馈端连接，所述滤波器模块对电磁阀线圈电感和电阻进行低通滤波；
[0011]一电流细化模块，所述电流细化模块的信号输入端与所述滤波器模块的信号输出端连接，用以计算相应上升和下降时间常数，并建立相应电路方程，对上升阶段和下降阶段进行细分计算电流值以确定电流序列；
[0012]一平均值计算模块，所述平均值计算模块的信号输入端与所述电流细化模块的信
号输出端连接，其对电流序列进行梯形法求和后，再除以PWM周期计算出平均电流，所述平均值计算模块的信号输出端输出平均电流。
[0013]在本专利技术的一个优选实施例中，所述采集模块为控制器MCU。
[0014]为了实现上述目的，本专利技术提供一种比例电磁阀PWM平均电流计算方法，包括如下步骤：
[0015]步骤S1，采集模块采集电源电压，并根据PWM信号的峰值和谷值切换点，采集阀芯的峰值和谷值电流及相应时钟信息；
[0016]步骤S2，参数计算模块根据步骤S1采集得到的时钟信息计算出上升阶段和下降阶段的时长，通过时长计算占空比、上升阶段和下降阶段的电感和电阻；对计算出的电感和电阻进行超范围诊断；
[0017]步骤S3，滤波器模块根据步骤S2计算占空比的变化情况，确定滤波时间参数，分别对步骤S2输出的线圈电感和电阻值进行低通滤波，得到低通滤波后的上升阶段和下降阶段的电感和电阻L(k)
up_filtered
，L(k)
down_filtered
和R(k)
up_filtered
，R(k)
down_filtered
；滤波后的线圈电感和电阻值将传回到步骤S2中；
[0018]步骤S4，电流细化模块根据步骤S3计算的滤波后电感和电阻，计算上升阶段时间常数τ(k)
up
和下降阶段时间常数τ(k)
down
，建立上升阶段和下降阶段的电路方程；将上升阶段和下降阶段以细化周期T
refining
向下取整得到相应细分点，将相应细分点依次代入相应的电路方程求解，得到相应细分点电流值，最终确定电流序列；
[0019]步骤5：平均电流模块；根据步骤S4计算得到的电流序列进行梯形法求和后，再除以PWM周期计算出平均电流I。
[0020]在本专利技术的一个优选实施例中，步骤S2中，通过参数计算模块根据步骤S1采集得到的时钟信息计算出上升阶段和下降阶段的时长的公式如下：
[0021]T(k
‑
1)
up
＝t(k
‑
1)
high
‑
t(k
‑
1)
low
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ①
[0022]T(k
‑
1)
down
＝t(k)
low
‑
t(k
‑
1)
high
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ②
[0023]式中，T(k
‑
1)
up
为上一个PWM周期的上升阶段时长；t(k
‑
1)
high
为上一个PWM周期的峰值时刻；t(k
‑
1)
low
为上一个PWM周期的谷值时刻；T(k
‑
1)
down
为上一个PWM周期的下降阶段时长；t(k)
low
为当前PWM周期的谷值时刻。
[0024]在本专利技术的一个优选实施例中，步骤S2中，通过时长计算占空比的公式如下：
[0025][0026]式中，D(k
‑
1)为上一个PWM周期的占空比。
[0027]在本专利技术的一个优选实施例中，步骤S2中，通过时长计算上升阶段和下降阶段的电感和电阻的公知如下：
[0028]上升阶段线圈电感计算公式：
[0029][0030]式中，L(k)
up
为当前PWM周期的上升阶段线圈电感；U为电源电压；R(k
‑
1)
up_filtered
为上一个PWM周期计算的滤波后上升阶段电阻；i(k)
high
为当前PWM周期采集的峰值电流；i
(k)
low
为当前PWM周期采集的谷值电流。首次运行时，R(k
‑
1)
up_filtered
采用比例电磁阀默认电阻值；
[0031]下降阶段线圈电感计算公式：
[0032][0033]式中，L(k)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种比例电磁阀PWM平均电流计算装置，其特征在于，包括：一采集模块，用以采集电源电压、阀芯的峰值和谷值驱动电流及相应时刻；一参数计算模块，该参数计算模块的信号输入端与所述采集模块的信号输出端连接，将PWM驱动过程细分为上升和下降两部分，通过电路方程计算比例电磁阀线圈的电感、电阻；一滤波器模块，所述滤波器模块的信号输入端与所述参数计算模块的信号输出端连接，所述滤波器模块的信号反馈端与所述参数计算模块的信号反馈端连接，所述滤波器模块对电磁阀线圈电感和电阻进行低通滤波；一电流细化模块，所述电流细化模块的信号输入端与所述滤波器模块的信号输出端连接，用以计算相应上升和下降时间常数，并建立相应电路方程，对上升阶段和下降阶段进行细分计算电流值以确定电流序列；一平均值计算模块，所述平均值计算模块的信号输入端与所述电流细化模块的信号输出端连接，其对电流序列进行梯形法求和后，再除以PWM周期计算出平均电流，所述平均值计算模块的信号输出端输出平均电流。2.根据权利要求1所述的一种比例电磁阀PWM平均电流计算装置，其特征在于，所述采集模块为控制器MCU。3.一种比例电磁阀PWM平均电流计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，采集模块采集电源电压，并根据PWM信号的峰值和谷值切换点，采集阀芯的峰值和谷值电流及相应时钟信息；步骤S2，参数计算模块根据步骤S1采集得到的时钟信息计算出上升阶段和下降阶段的时长，通过时长计算占空比、上升阶段和下降阶段的电感和电阻；对计算出的电感和电阻进行超范围诊断；步骤S3，滤波器模块根据步骤S2计算占空比的变化情况，确定滤波时间参数，分别对步骤S2输出的线圈电感和电阻值进行低通滤波，得到低通滤波后的上升阶段和下降阶段的电感和电阻L(k)
up_filtered
,L(k)
down_filtered
和R(k)
up_filtered
，R(k)
down_filtered
；滤波后的线圈电感和电阻值将传回到步骤S2中；步骤S4，电流细化模块根据步骤S3计算的滤波后电感和电阻，计算上升阶段时间常数τ(k)
up
和下降阶段时间常数τ(k)
down
，建立上升阶段和下降阶段的电路方程；将上升阶段和下降阶段以细化周期T
refining
向下取整得到相应细分点，将相应细分点依次代入相应的电路方程求解，得到相应细分点电流值，最终确定电流序列；步骤5：平均电流模块；根据步骤S4计算得到的电流序列进行梯形法求和后，再除以PWM周期计算出平均电流I。4.根据权利要求3所述的一种比例电磁阀PWM平均电流计算方法，其特征在于，步骤S2中，通过参数计算模块根据步骤S1采集得到的时钟信息计算出上升阶段和下降阶段的时长的公式如下：T(k
‑
1)
up
＝t(k
‑
1)
high
‑
t(k
‑
1)
low
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ①
T(k
‑
1)
down
＝t(k)
low
‑
t(k
‑
1)
high
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ②
式中，T(k
‑
1)
up
为上一个PWM周期的上升阶段时长；t(k
‑
1)
high
为上一个PWM周期的峰值时刻；t(k
‑
1)
low
为上一个PWM周期的谷值时刻；T(k
‑
1)
down
为上一个PWM周期的下降阶段时
长；t(k)
low
为当前PWM周期的谷值时刻。5.根据权利要求4所述的一种比例电磁阀PWM平均电流计算方法，其特征在于，步骤S2中，通过时长计算占空比的公式如下：式中，D(k
‑
1)为上一个PWM周期的占空比。6.根据权利要求5所述的一种比例电磁阀PWM平均电流计算方法，其特征在于，步骤S2中，通过时长计算上升阶段和下降阶段的电感和电阻的公知如下：上升阶段线圈电感计算公式：式中，L(k)
up
为当前PWM周期的上升阶段线圈电感；U为电源电压；R(k
‑
1)
up_filtered
为上一个PWM周期计算的滤波后上升阶段电阻；i(k)
high
为当前PWM周期采集的峰值电流；i(k)
low
为当前PWM周期采集的谷值电流。首次运行时，R(k
‑
1)
up_filtered
采用比例电磁阀默认电阻值；下降阶段线圈电感计算公式：式中，L(k)
down
为当前PWM周期的下降阶段线圈电感；U
diode
为导通二极管电压降；R(k
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄民备，孟卫东，邓飞，欧阳玲湘，龙美彪，
申请(专利权)人：南岳电控衡阳工业技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：