[发明专利]基于比例电磁阀的液压换挡油压控制方法

权利要求书

1.一种基于比例电磁阀的液压换挡油压控制方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1：

对比例电磁阀输入PWM信号，并利用数据采集模块采集输入的电压信号的数据点和对应的电流信号的数据点，进而得到稳态电流电压波形；其中PWM信号的频率为f Hz，占空比D％，PWM信号的电压幅值为E；数据采集模块的采样频率为F Hz，在PWM信号的一个周期内，采集的电压信号的数据点数和对应的电流信号的数据点数：

n=F×D%f;]]>

PWM信号的输出c个周期的电压信号，采集到的总的数据点数为c·n；

步骤2：

从采集的数据中提取电流曲线：PWM信号输入的电压只有0V和E两个状态，若电压从0V跳变到E的时间点为t₁，电压从E跳变到0V的时间点为t₂，那么在t₁～t₂的时间段内电流信号为上升状态，得到的电流曲线为上升曲线；在步骤1中采集的数据点中电压从0V跳变到E的所有跳变点的集合为T₁，电压从E跳变到0V的所有跳变点的集合为T₂，T₁和T₁的求取方法为：

如果Volt_(m+1)-Volt_m>E₁，那么T₁(k)＝t_m；

如果Volt_(m+1)-Volt_m<-E₁，那么T₂(k)＝t_m；

其中，t_m代表第m点的时刻，Volt_m代表第m点的电压值，k∈(0，m)，E₁＝0.8E；

如果T₂(1)<T₁(1)，则去除T₂(1)对应的电流信号数据点；如果T₁的数据点数比T₂的数据点数多一个，则去掉T₁的最后一个对应的电流信号的数据点，保证T₂(1)>T₁(1)且对应的电流信号的数据点数相同；那么在任意的时间段T₁(k)～T₂(k)对应的电流曲线为第k段的电流曲线，该电流曲线对应的电流函数为I(k)，由此提取出采集的数据点对应的所有电流曲线以及电流函数；

步骤3：

对得到的所有电流曲线进行消除噪声处理：对于PWM信号当相邻的j个电流曲线的时间间隔在2·j以内时，视为电气特性参数没有变化，将这j个电流曲线通过下式求和平均处理，以达到消除噪声的作用：

I0(k)=1jΣi=1jI(k)]]>

其中，I₀(k)为消除噪声后的电流函数，I(k)为截取的第k段电流函数；

步骤4：

对消除噪声后的电流曲线进行多项式曲线拟合，得到电感变化曲线：

比例电磁铁电路中的平均电流为I，I由采集到的所有消除噪声后的电流函数I₀(k)中的电流求和平均得到；比例电磁铁电路中的等效电阻为R，

R=E*D%I;]]>

当电感保持不变时，比例电磁铁电路中的电感为L，那么电流变化关系满足如下的函数关系式：

i(t)=[i(0)-i(∞)]*exp(-RLt)+i(∞);]]>

其中，i(t)为电流i与时间t的关系函数，i(0)为初始电流，i(∞)为饱和电流；

当电感变化时，将电感作为电流的函数L(i)，将电流i的变化过程分为l段，每一段Δt内的电感看做常量L_p，那么在整个过程中，电流变化满足如下的函数关系式：

i(t)=[i(0)-i(∞)]*exp(-Σp=0l-1RLpΔt)+i(∞);]]>

当l趋于无穷大时，电流的变化函数如下：

i(t)=[i(0)-i(∞)]*exp(-∫0tRL(i(t))dt)+i(∞);]]>

其中，i(0)为初始电流，i(∞)为饱和电流，且i(∞)＝I/(D％)；

对上式求导，得到电感L随时间t的关系函数L(t)：

L(t)＝R*(i(∞)-i(t))/(di/dt)；

步骤5：

剔除电感函数L(t)中的偏差部分，得到有效的等效电感L_d：

剔除偏差较大的起始和终止阶段，并保留中间变化平稳的中间阶段，以得到修正的电感函数L′(t)：

如果dL(t)/dt＜M，那么L′(t)＝L(t)，其中M为依据电感函数L(t)及其导数人为设定的值；

再对修正的电感函数L′(t)取平均，即得到所求的有效的等效电感L_d：

L_d＝mean(L′(t))；

步骤6：

标定比例电磁阀的输出油压P与平均电流I和等效电感L_d的关系曲线：

在一个油温下，对比例电磁阀输入占空比为D％的PWM信号，在比例电磁阀达到稳态后，根据步骤1至步骤5得到平均电流I和等效电感L_d，并测量比例电磁阀的输出油压P；

步骤7：

在各个油温下重复步骤6，得到比例电磁阀在各个油温下输出油压P与平均电流I和等效电感L_d的关系曲线，并将得到的数据存入数据库，便于调用；

步骤8：

比例电磁阀的油压控制过程分为s段，s段中的每一段持续的时间为t_s，且每一段控制过程分为：分析阶段，持续的时间为t_s1；前馈控制阶段，持续的时间为t_s2；以及反馈控制阶段，持续的时间为t_s3；且t_s＝t_s1+t_s2+t_s3；

分析阶段：设定输出的油压为P₀，调用数据库中的数据，得到在常温下油压P₀所需要的PWM信号的占空比为D₀％，并将此PWM信号输入比例电磁阀，依据步骤1至步骤5得到真实的平均电流I_f和等效电感L_f，根据占空比D₀％、平均电流I_f和等效电感L_f，参照数据库得到该时间段的油温T_f；

前馈控制阶段：根据油温T_f和设定的油压P₀，参照数据库求出此时所需要的PWM信号的占空比D_f％，并将该PWM信号输入比例电磁阀；

反馈控制阶段：将该阶段分为多步，每步以比例电磁阀输出的实际油压为反馈量，对油压进行PID控制，以得到油压的实际输出曲线；在反馈控制阶段采用增量式PID控制，控制公式如下：

ΔD(w)＝D(w)-D(w-1)

ΔD(w)＝K_P[e(w)-e(w-1)]+K_Ie(w)+K_D[e(w)-2e(w-1)+e(w-2)]

其中，K_P，K_I，K_D分别为比例、积分和微分参数，D(w)为第w步输入的PWM信号的占空比，e(w)为第w步的设定油压与实际油压的偏差；

通过调整比例参数K_P、积分参数K_I和微分参数K_D，以调整相邻两步之间PWM信号的占空比的增量ΔD(w)，进而减少设定油压与实际油压的偏差，使得此段输出的油压达到P₀，且油压的实际输出曲线的变化呈线性变化；

选择比例电磁阀的油压控制过程的分段数s，如下：

按照下式选择合适的分段数s：

s=min[Δp=Σi=1sΔpi]]]>

Δpi=Σj=1k(p(j)-p0(j))]]>

其中，P(j)，P₀(j)分别为第j步的实际输出油压和设置的输出油压，Δp_i为第i段控制过程的实际输出油压和设置的输出油压的偏离程度，Δp为整个控制过程的实际输出油压和设置的输出油压的偏离程度，k为每段控制过程的总步数；

选取多个分段数进行试验，找出Δp最小的分段数s，每一段都按照上述的方式控制。

2.根据权利要求1所述的基于比例电磁阀的液压换挡油压控制方法，其特征在于，输入比例电磁阀的PWM信号的占空比为40％～80％。