一种比例电磁铁高频响应控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种比例电磁铁控制技术领域的比例电磁铁高频响应控制系统及方法，旨在解决现有技术中比例电磁铁的响应时间过长的问题。其包括：PID控制器、控制芯片、驱动单元和比例电磁铁；PID控制器的输入端输入误差信号，用于根据误差信号进行PID调节；控制芯片用于输出用于控制驱动单元工作的PWM波形脉冲，并能够调节PWM波形脉冲的占空比，还能够在每一周期的PWM波形脉冲上叠加一设定波形，设定波形的变化步长为固定值；驱动单元用于输出用于驱动比例电磁铁工作的驱动信号；比例电磁铁根据驱动信号生成磁场，并实时反馈电流输出值；本发明专利技术能够达到让比例电磁铁具有颤振功能的效果，可使电流响应速度更快，系统的闭环电流响应时间更短。响应时间更短。响应时间更短。

【技术实现步骤摘要】
一种比例电磁铁高频响应控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及比例电磁铁控制
，具体是涉及一种比例电磁铁高频响应控制系统及方法。

技术介绍

[0002]目前比例电磁铁是驱动阀芯运动的一种性价比比较高的执行器之一，其控制精度、响应速度对整机产品中测量位移的准确性越来越重要，工程机械行业对比例电磁铁的控制通常采用调节PWM波形脉冲占空比加传统PID算法的控制方式。
[0003]而在比例电磁铁的控制中，PWM波形脉冲的每个周期内其占空比均会由0逐渐升至100%，从而使比例电磁铁逐渐完成响应，但是这一响应过程所耗费的时间较长，因而在要求响应时间比较高的场合，其无法得到较为满意的控制效果，急需对其进行改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种比例电磁铁高频响应控制系统及方法，解决当前比例电磁铁的响应时间过长的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术是采用下述技术方案实现的：一方面，本专利技术提供了一种比例电磁铁高频响应控制系统，包括：PID控制器、控制芯片、驱动单元和比例电磁铁；所述PID控制器的输入端输入误差信号，用于根据误差信号进行PID调节，所述误差信号为电流给定值与电流输出值之差；所述控制芯片用于根据PID控制器的输出，输出用于控制驱动单元工作的PWM波形脉冲，并能够调节所述PWM波形脉冲的占空比，还能够在每一周期的PWM波形脉冲上叠加一设定波形，所述设定波形的变化步长为固定值；所述驱动单元用于根据PWM波形脉冲，输出用于驱动比例电磁铁工作的驱动信号；所述比例电磁铁根据驱动信号生成磁场，并实时反馈电流输出值。
[0006]进一步的，还包括稳压单元，所述稳压单元用于对比例电磁铁实时反馈的电流输出值进行稳压处理。
[0007]进一步的，所述设定波形为三角波形。
[0008]另一方面，本专利技术提供了一种比例电磁铁高频响应控制方法，由控制芯片执行，所述方法包括以下步骤：根据PID控制器的输出，生成下一周期的PWM波形脉冲；进入软件颤振模式，判断当前周期的PWM波形脉冲是否结束，若是则执行下一步骤，若否则重复本步骤，直至当前周期的PWM波形脉冲结束；将一设定波形叠加至下一周期的PWM波形脉冲上，所述设定波形的变化步长为固定值；调节下一周期的PWM波形脉冲的占空比。
[0009]进一步的，在进入软件颤振模式之前，还包括：采集上一周期的比例电磁铁的实际响应时间作为电流闭环响应时间；判断电流闭环响应时间是否小于设定值，若是则进入正常工作模式，调节下一周期的PWM波形脉冲的占空比，不再执行后续步骤。
[0010]进一步的，判断当前周期的PWM波形脉冲是否结束的方法包括：采集当前周期的PWM波形脉冲的占空比，若占空比达到100%，则判断当前周期的PWM波形脉冲已结束，否则判断当前周期的PWM波形脉冲还未结束。
[0011]进一步的，在将一设定波形叠加至下一周期的PWM波形脉冲上之前，还包括方法A和/或方法B所述的步骤：方法A：将下一周期的PWM波形脉冲的频率与频率预设值相比较；若大于频率预设值，则将下一周期的PWM波形脉冲的频率在当前频率基础上减少一频率变量；若小于频率预设值，则将下一周期的PWM波形脉冲的频率在当前频率基础上增加一频率变量；若等于频率预设值，则执行下一步骤；方法B：将下一周期的PWM波形脉冲的振幅与振幅预设值相比较；若大于振幅预设值，则将下一周期的PWM波形脉冲的振幅在当前振幅基础上减少一振幅变量；若小于振幅预设值，则将下一周期的PWM波形脉冲的振幅在当前振幅基础上增加一振幅变量；若等于振幅预设值，则执行下一步骤。
[0012]进一步的，所述频率变量设定为0.5K，所述振幅变量设定为0.5V。
[0013]进一步的，所述设定波形为三角波形。
[0014]进一步的，所述设定波形的频率设定为0.5K，振幅设定为0.5V。
[0015]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：1、本专利技术通过在每一周期的PWM波形脉冲上叠加一设定波形，使PWM波形脉冲的占空比还未升至100%时，驱动单元输出的驱动信号就将提前达到最大值，令比例电磁铁完全响应，从而让比例电磁铁具有了颤振功能，使电流响应速度更快，系统的闭环电流响应时间更短；2、本专利技术通过判断电流闭环响应时间是否小于设定值，能够避免电流闭环响应时间过小导致比例电磁铁反应过于剧烈，从而避免诱发部件损坏等问题的发生，保障了比例电磁铁的使用安全；3、本专利技术通过将下一周期的PWM波形脉冲的频率与振幅向频率预设值和振幅预设值靠近，可使得下一周期的PWM波形脉冲在与设定波形相叠加后的波形具有最佳的颤振功能，从而使得比例电磁铁对电流的响应速度更快，效果更佳。
附图说明
[0016]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术实施例提供的一种比例电磁铁高频响应控制系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种比例电磁铁高频响应控制方法的流程图。
具体实施方式
[0017]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0018]实施例一：如图1所示，本专利技术实施例提供了一种比例电磁铁高频响应控制系统，包括：PID控制器、控制芯片、驱动单元和比例电磁铁；PID控制器的输入端输入误差信号，用于根据误差信号进行PID调节，误差信号为电流给定值与电流输出值之差；控制芯片可采用32位ARM，用于根据PID控制器的输出，输出用于控制驱动单元工作的PWM波形脉冲，并能够调节PWM波形脉冲的占空比，还能够在每一周期的PWM波形脉冲上叠加一设定波形，设定波形的变化步长为固定值；驱动单元用于根据PWM波形脉冲，输出用于驱动比例电磁铁工作的驱动信号；比例电磁铁根据驱动信号生成磁场，并实时反馈电流输出值。
[0019]需要说明的是，PID是Proportional（比例）、Integral（积分）、Differential（微分）的缩写。PID控制器采用的PID算法是结合比例、积分和微分三种环节于一体的控制算法，它是连续系统中技术最为成熟、应用最为广泛的一种控制算法；因此，这里不对其做过多概述。
[0020]还需要说明的是，PWM的全称是脉冲宽度调制（Pulse
‑
width modulation），是通过将有效的电信号分散成离散形式从而来降低电信号所传递的平均功率的一种方式。在本实施例中，能够通过改变PWM的占空比调节比例电磁铁的平均电流，从而达到稳定控制的目的。
[0021]可以理解的是，PWM波形脉冲在每个周期中，其占空比经过调节均是由0逐渐上升至100%，而这与驱动单元输出的驱动信号以及比例电磁铁的响应呈正相关；传统的比例电磁铁响应控制系统中，当PWM波形脉冲的占空比为0时，驱动单元输出的驱动信号也为0，此时比例电磁铁并不响应，而当PWM波形脉冲的占空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种比例电磁铁高频响应控制系统，其特征在于，包括：PID控制器、控制芯片、驱动单元和比例电磁铁；所述PID控制器的输入端输入误差信号，用于根据误差信号进行PID调节，所述误差信号为电流给定值与电流输出值之差；所述控制芯片用于根据PID控制器的输出，输出用于控制驱动单元工作的PWM波形脉冲，并能够调节所述PWM波形脉冲的占空比，还能够在每一周期的PWM波形脉冲上叠加一设定波形，所述设定波形的变化步长为固定值；所述驱动单元用于根据PWM波形脉冲，输出用于驱动比例电磁铁工作的驱动信号；所述比例电磁铁根据驱动信号生成磁场，并实时反馈电流输出值。2.根据权利要求1所述的比例电磁铁高频响应控制系统，其特征在于，还包括稳压单元，所述稳压单元用于对比例电磁铁实时反馈的电流输出值进行稳压处理。3.根据权利要求1所述的比例电磁铁高频响应控制系统，其特征在于，所述设定波形为三角波形。4.一种比例电磁铁高频响应控制方法，由控制芯片执行，其特征在于，所述方法包括以下步骤：根据PID控制器的输出，生成下一周期的PWM波形脉冲；进入软件颤振模式，判断当前周期的PWM波形脉冲是否结束，若是则执行下一步骤，若否则重复本步骤，直至当前周期的PWM波形脉冲结束；将一设定波形叠加至下一周期的PWM波形脉冲上，所述设定波形的变化步长为固定值；调节下一周期的PWM波形脉冲的占空比。5.根据权利要求4所述的比例电磁铁高频响应控制方法，其特征在于，在进入软件颤振模式之前，还包括：采集上一周期的比例电磁铁的实际响应时间作为电流闭环响应时间；判断电流闭环响应时间是否小于设定值，若是则...

【专利技术属性】
技术研发人员：张腾飞，魏彬，张震，
申请(专利权)人：江苏汇智高端工程机械创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：