[发明专利]一种可提高电磁阀响应速度和运动速度的控制系统及其方法

说明书

本发明公开了一种可提高电磁阀响应速度和运动速度的控制系统及其方法。系统包括控制器、恒电压源、占空比控制模块、开关k2、H桥功率放大器、蓄能模块、单刀双掷开关和电流传感器等部件。本发明通过预加载调制电压的方法，先将预加载阶段的初始电流稳定在略小于临界开启电流值；等到控制信号的上升沿来临时，通过电容储能后放电，在冲击电压的作用下，电流值快速上升到开启电流值，大幅减少了电磁开关阀的开启滞后时间；在开启维持阶段，电流稳定在略大于临界关闭电流值，提高关闭阶段动态响应。本发明可以同时减少电磁开关阀的开启滞后时间和开启运动时间，大幅提高了电磁开关阀的响应速度，从而提高电磁开关阀开启动态特性和控制精度。

技术领域

本发明属于电磁阀控制技术领域，具体涉及一种可提高电磁阀响应速度和运动速度的控制系统及其方法。

背景技术

数字液压技术采用离散流体进行传动控制。电磁开关阀是现代数字液压系统中的重要控制元件，具有结构紧凑、抗污染性强、控制简单、价格低廉等优点。动态特性是衡量电磁开关阀性能的重要指标，是决定电磁开关阀控液压系统控制精度的关键。电磁开关阀具有激励电压越高，线圈电流越大，产生的电磁力越大的特点。

启闭阶段的初始电流和驱动电压是影响启闭阶段的动态特性的两个重要参数。若将电磁阀应用在高频响、高动态的工况中，提高电磁阀开启阶段的动态性能是很有必要性的。

已有研究在电磁阀开启阶段前增加了预加载阶段，通过调制电压使得初始电流略小于临界开启电流值，减小了开启滞后时间，但此类改进仅在单方面的局部优化了电磁阀开启的动态特性。

另有技术报道在电磁阀启闭的各阶段利用多个电压源和选择开关进行电压源切换的方式，在各阶段采用不同的机理电压，但多电压源的方式从硬件实现上来说非常复杂，成本也较高。现有技术也有尝试采用单一电压源的报道，但由于电磁阀在各个阶段所需激励电压的需求差异较大，例如开启阶段要求瞬时激励电压高，而预加载阶段所需激励电压低。采用单一电压源的方案下，为了在开启阶段能提供高激励电压，电压源必须配置高电压输出，但在其它阶段，并不需要高电压输出，导致电压源功率无法做到合理分配。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种可提高电磁阀响应速度和运动速度的控制系统及其方法。本发明通过预加载调制电压的方法，先将预加载阶段的初始电流稳定在略小于临界开启电流值；等到控制信号的上升沿来临时，通过电容储能后放电，在冲击电压的作用下，电流值快速上升到开启电流值，大幅减少了电磁开关阀的开启滞后时间；在开启维持阶段，电流稳定在略大于临界关闭电流值，提高关闭阶段动态响应。

本发明的技术方案具体如下：

本发明首先提供了一种可提高电磁阀响应速度和运动速度的控制系统，其包括控制器、恒电压源、占空比控制模块、开关k2、H桥功率放大器、蓄能模块、单刀双掷开关和电流传感器；

恒电压源的输出端与占空比控制模块相连，所述开关k2和蓄能模块串联组成第一并联支路，H桥功率放大器、单刀双掷开关及单刀双掷开关的第一触点A组成第二并联支路；第一并联支路和第二并联支路并联后接入占空比控制模块恒电压源输出端和电流传感器之间，所述单刀双掷开关的第二触点B与蓄能模块的输入端相连；电流传感器与被控电磁阀的线圈相连用于检测线圈电流大小；

所述控制器与占空比控制模块相连，并控制占空比控制模块的输出占空比；控制器与H桥功率放大器相连控制控制流经电磁阀的电流方向，控制器与电流传感器相连获取线圈电流大小；控制器分别控制开关K2的启闭信号，和单刀双掷开关的触点A和触点B的切换信号。

优选的，所述蓄能模块具有两个输入端分支，其中一个输入端分支与开关K2相连，另一个输入端分支与单刀双掷开关的第二触点B相连。

所述的蓄能模块可以是一个蓄能单元；为了提高电压放大的倍数，所述的蓄能模块可以包括多个串联的蓄能单元。

优选的，所述蓄能单元为电容或者化学电池中的一种。