一种电磁阀动态特性优化方法技术

本发明专利技术公开了一种电磁阀动态特性优化方法，属于电磁阀控制领域。本发明专利技术针对现有电磁阀在关闭阶段时，电磁铁的剩磁会阻碍电磁阀更快的关闭的问题。提出在电磁阀关闭阶段使用负电压快速拉低电流，直至电磁铁的磁感应强度为零。相比以往将电流拉低到零，通过增加负电压加载时长，将电流拉低到负值，使线圈内产生反向磁场，达到电磁铁磁化曲线中的矫顽磁力点，将电磁铁的磁感应强度降低到零，从而使电磁力下降到零，使得电磁阀能够更快的关闭，提高关闭阶段的动态特性。闭阶段的动态特性。闭阶段的动态特性。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁阀动态特性优化方法


[0001]本专利技术属于电磁阀控制领域，具体涉及一种电磁阀动态特性优化方法。

技术介绍

[0002]数字液压技术是数字技术和液压传动技术的深度融合，被认为是目前实现液压系统高速、高精度控制最理想的方法之一。高速开关阀是数字液压技术中的核心控制元件，凭借其体积小、成本低、频响高、抗污染能力强的特点被广泛应用，其工作性能决定了整体数字液压控制系统的性能。但由于数字开关阀的流量输出是将流体离散化再融合的过程，因此输出流量存在扰动、冲击和振动等问题，从而影响液压系统的控制精度。
[0003]通过提高数字开关阀的启闭/工作频率可以有效降低、减缓输出流量的振动问题。数字开关阀的启闭频率越高，数字开关阀单个启闭周期能够通过的流体越少，离散化的流量体积就越小，因此流量融合产生的扰动、冲击和振动越小。此外数字开关阀的启闭频率越高，输出流量调整/响应速度就越快，因此输出流量的“分辨率”就越高，即控制精度就越好。而数字开关阀的最大启闭频率由其动态特性所决定，动态特性是指数字开关阀阀芯完全开启和关闭所需要的时间，其启闭总时间越短动态特性越好，数字开关阀的最大启闭频率越高。
[0004]由于线圈中的磁场强度与线圈电流直接相关，当电流逐渐减少，线圈中的磁场也就越弱，使得电磁铁所产生的电磁力越弱，而在关闭阶段电磁力属于阻力，起阻止阀关闭作用，所以使电磁力快速下降到零，将能够有效提高阀的关闭速度，达到提高开关阀动态特性的目的。目前，针对数字开关阀的驱动策略中，在阀关闭阶段大多都是采用零电压或是负电压驱动，目的为让电流下降到零。但由于电磁铁具有磁滞特性，当电流下降到零，即线圈中的电场为零时，电磁铁的磁感应强度还存在一个剩磁，仍有电磁力存在，这会阻碍开关阀关闭速度的提升。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中的问题，本专利技术提出了一种电磁阀动态特性优化方法。本专利技术重点在于由于电磁阀关闭阶段的动态特征，基于电磁铁的磁滞特性，本专利技术在开关阀关闭阶段采取负电压驱动，将电流下拉超过0值，到达负值，使得线圈内产生反向磁场，对电磁铁进行退磁，直到电磁铁磁化强度为零，达到快速关闭的效果。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术首先提供了一种电磁阀动态特性优化方法，其包括如下步骤：
[0008]1)在电磁阀进入关闭阶段时，对电磁阀施加反向高电压作为关闭驱动电压；在反向高电压作用下，将电磁阀线圈电流下拉至一设定负值电流；其中，所述设定负值电流为电磁铁的磁感应强度为零时的线圈电流，负值表示此时线圈电流方向与电磁阀开启阶段的线圈电流方向相反；
[0009]2)当电磁阀线圈电流下降至设定负值后，对电磁阀施加一个关闭维持电压维持此
电流，直至阀完全关闭；
[0010]3)阀完全关闭后，对电磁阀施加0电压直至下一个控制周期。
[0011]根据本专利技术的优选实施例，所述设定负值电流采用如下方法进行确定：
[0012]首先，从电磁铁的磁滞曲线图得到矫顽磁力Hc的大小；
[0013]将得到的矫顽磁力Hc带入下式，得到设定负值电流I
[0014][0015]N为激励线圈数，I为负值电流，L
e
为有效磁路长度。
[0016]根据本专利技术的优选方案，所述的步骤1)中，采用电流计实时获取线圈电流，当电流计检测到线圈电流下拉至设定负值电流后，进入步骤2)。
[0017]根据本专利技术的优选方案，所述的步骤1)中，电磁阀进入关闭阶段前，电磁阀的线圈电流一直保持在开启维持电流以保证电磁阀开启；由于开启维持电流为定值，同时反向高电压也为定值，因此线圈电流的大小与反向电压的持续加载时间有关；
[0018]预先获取在反向高电压的持续作用下，线圈电流由开启维持电流下降至设定负值电流所需时间t；所述的步骤1)中，控制关闭阶段反向高电压的持续加载时间为t，然后即进入步骤2)。
[0019]根据本专利技术的优选方案，所述的步骤2)中，关闭维持电压的大小为设定负值电流与线圈电阻的乘积。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0021]本专利技术针对电磁铁磁滞特性会影响到开关阀关闭速度的问题，提出在开关阀关闭阶段使用负电压快速拉低电流，相比以往将电流拉低到零，通过增加负电压加载时长，将电流拉低到负值，使线圈内产生反向磁场，达到电磁铁磁化曲线中的矫顽磁力点，将电磁铁的磁感应强度降低到零，从而使电磁力下降到零，使得开关阀能够更快的关闭，提高关闭阶段的动态特性。
附图说明
[0022]图1为软磁材料磁滞回线；
[0023]图2为本专利技术关闭阶段电压电流示意图。
具体实施方式
[0024]下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步阐述和说明。所述实施例仅是本公开内容的示范且不圈定限制范围。本专利技术中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
[0025]以常闭开关阀为例，开关阀动作原理为线圈通电，产生磁场，对电磁铁进行磁化，从而产生电磁力，当电磁铁的磁感应强度达到一定值时，产生的电磁力大于电磁阀弹簧以及其他阻力时，阀芯开始运动，阀逐渐开启，电磁铁产生的电磁力公式如式(1)所示：
[0026][0027]式中F
m
为电磁力，B为磁感应强度，S为磁极面积，μ0为真空磁导率。
[0028]当想让电磁阀关闭时，撤去线圈驱动电压，线圈内电流快速减小，但由于线圈存在自感，会产生响应的感应电流，故电流下降会有一定延迟。当电流下降到0后，线圈不再产生磁场，这期间电磁铁的磁感应强度逐渐减弱，但由于磁滞特性的存在，仍然会保留一个剩磁，由于关闭阶段阀芯运动方向与电磁力方向相反，在阀的关闭阶段，电磁力为阻力，故电磁铁存在的剩余电磁力会影响到电磁阀的关闭速度。开关阀中的电磁铁一般都为软磁材料，软磁材料的磁滞回线如图1所示。
[0029]为了提高开关阀的动态特性，减少关闭阶段的运动时间，本专利技术针对电磁铁的磁滞特性，特提出一种电磁阀动态特性优化方法，其包括如下步骤：
[0030]1)在电磁阀进入关闭阶段时，对电磁阀施加反向高电压作为关闭驱动电压；在反向高电压作用下，将电磁阀线圈电流下拉至一设定负值电流；其中，所述设定负值电流为电磁铁的磁感应强度为零时的线圈电流，负值表示此时线圈电流方向与电磁阀开启阶段的线圈电流方向相反；
[0031]2)当电磁阀线圈电流下降至设定负值后，对电磁阀施加一个关闭维持电压维持此电流，直至阀完全关闭；
[0032]3)阀完全关闭后，对电磁阀施加0电压直至下一个控制周期。
[0033]本专利技术优化方法与现有关闭阶段策略的对比结果如图2所示，图2中左边为现有关闭策略，右边为本专利技术方法。对比图2可知，现有关闭策略和本专利技术方法在关闭阶段开始之前的加载策略完全相同，均采用一个开启维持电压使电磁阀的线圈电流维持在开启维持电流上，开启维持电流略大于关闭电流，一般为105％
‑
110％的关闭电流值。在现有关闭本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁阀动态特性优化方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在电磁阀进入关闭阶段时，对电磁阀施加反向高电压作为关闭驱动电压；在反向高电压作用下，将电磁阀线圈电流下拉至一设定负值电流；其中，所述设定负值电流为电磁铁的磁感应强度为零时的线圈电流，负值表示此时线圈电流方向与电磁阀开启阶段的线圈电流方向相反；2)当电磁阀线圈电流下降至设定负值后，对电磁阀施加一个关闭维持电压维持此电流，直至阀完全关闭；3)阀完全关闭后，对电磁阀施加0电压直至下一个控制周期。2.根据权利要求1所述的电磁阀动态特性优化方法，其特征在于，所述设定负值电流采用如下方法进行确定：首先，从电磁铁的磁滞曲线图得到矫顽磁力Hc的大小；将得到的矫顽磁力Hc带入下式，得到设定负值电流IN为激励线圈数，I为负值电流，L
e
为有效磁路长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟麒，毛永鑫，徐恩光，陈晓齐，何贤剑，王军，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：