[发明专利]一种基于电压脉宽调制技术的电磁阀高动态控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于电压脉宽调制技术的电磁阀高动态控制系统及其方法。系统包括占空比控制器、电压源、电流检测器、电磁阀、压力传感系统、控制器；通过在电磁阀预期开始时刻前，使线圈电流保持在一个略小于开启电流的状态，在电磁阀预期关闭时刻前，保持在一个略大于关闭电流的状态，大幅降低了启闭滞后时间。在开启阶段，使电流快速上升，减小了开启阶段的运动时间；在关闭阶段，使电流快速下降到0，减小了关闭阶段的运动时间。

技术领域

本发明涉及电磁阀控制领域，具体涉及一种基于电压脉宽调制技术的电磁阀高动态控制系统及方法。

背景技术

在电磁阀中，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。

已有技术中高频电磁阀领域采用多电压源方式以达到高频控制功能，即采用高电压源作为激励电压，使电磁阀在短时间内开启；稳压电源提供维持电压，使电流保持在一个略大于关闭电流的值；负电压源提供一个较大的反向电压，使电流在短时间下降至关闭电流。三段式电压方法使电磁阀工作频率加快。

然而，该控制方法存在着一些不足。首先，多电压源使得系统的工况变得复杂，会产生较大误差。其次，该控制方法中各段电压的切换时间是根据系统电路中实际电流数值与理论电流数值的大小关系而确定的，并未考虑电磁阀阀芯的工作行程。而在高速电磁阀中，由于电磁阀的动态特性较弱，电磁铁的电流动态特性较好，该方法可能会导致电磁阀阀芯还未到达预期的工作行程而电压源提前切换。

发明内容

为了解决上述难点，本发明提出了一种基于电压脉宽调制技术的电磁阀高动态控制系统及方法。

本发明首先公开了一种基于电压脉宽调制技术的电磁阀高动态控制系统，包括占空比控制器、电压源、电流检测器、电磁阀、压力传感系统、控制器；压力传感系统与电磁阀各工作口连接实时获取电磁阀各工作口的压力状态；控制器与压力传感系统相连实时获取压力传感系统中的数据，控制器可根据获取的所述数据计算出当前状态下的系统开启电流和关闭电流，所述控制器包括控制信号产生单元，控制器产生控制信号；所述控制器与占空比控制器相连，占空比控制器与电压源相连，占空比控制器可输出高频方波信号(频率大于10kHz)给电压源，电压源接收到来自占空比控制器的高频方波信号后，将该高频方波信号进行放大，并输出高频电压方波(具体的放大规则为：经电压源放大后的高频方波信号频率不变，幅值变为与电压源相等)；电压源通过电流检测器与电磁阀的线圈相连。

作为本发明的优选方案，所述电压源输出高频的电压方波信号，其对电磁铁的激励作用可以等效成一个模拟电压，通过调节其电压方波信号的占空比来调节其输出的等效电压的值。

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。

本发明还公开了一种所述系统的基于电压脉宽调制的电磁阀高动态控制方法，其包括如下步骤：

在控制信号上升沿到来之前，根据预加载阶段的持续时间，控制器提前触发占空比控制器，占空比控制器输出占空比为α的高频方波信号给电压源，电压源输出占空比为α的高频电压方波，其中0α1，预加载阶段后线圈电流围绕在一个略小于开启电流的数值上，做高频小幅的波动；