一种基于速度控制器实现高速开关阀阀芯运动可控的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于速度控制器实现高速开关阀阀芯运动可控的方法，属于高速开关阀控制领域。将高速开关阀的一个工作周期分为多个阶段，通过控制每个周期各阶段的占空比，使电压源输出相应占空比的电压方波，进行高速开关阀高动态控制。在高速开关阀开启、关闭阶段中，在初始阶段采用较大的电压驱动(关闭阶段采用较大的负电压)，当速度达到设定值时(速度可根据用户期望进行调整)，为降低阀芯受到刚性冲击而产生的损耗，利用速度闭环控制器对占空比进行实时调整，使开启阶段和关闭阶段的最终速度的数值维持在较低的水平。本发明专利技术可以兼顾动态特性和柔性启闭，提高高速开关阀性能并延长其寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种基于速度控制器实现高速开关阀阀芯运动可控的方法
本专利技术涉及高速开关阀控制领域，尤其涉及一种基于速度控制器实现高速开关阀阀芯运动可控的方法。
技术介绍
高速开关阀接收来自泵阀控制器的电信号，即脉冲信号。每接受一个脉冲信号，高速开关阀就完成一个快速的开关动作。为了使阀芯实现高速运动，通常在阀芯的开启和关闭阶段分别加上一个较高的正向电压和较高的反向电压，使阀中的感应电流快速上升，其产生的电磁力快速上升并达到一个较大值，最终使阀芯加速并最终达到一个较高速度。这导致了在每个周期阀完全开启和关闭时，阀芯会对阀体、阀座等相关硬件产生较大的刚性冲击，使造成阀芯等相关部件的损伤。高速开关阀同时也是高频开关阀，其接受的脉冲信号的频率非常高。阀芯在阀开启和关闭时产生的刚性冲击也是高频率的。这种高频周期性的刚性冲击对阀体的损伤不可忽视，会缩短高速开关阀的使用寿命。但若过于追求阀芯保护，采用较低的电压对高速开关阀的开启阶段进行激励，采用零电压对关闭阶段进行激励，则阀芯运动速度较慢，虽然撞击力度降低，但是降低了动态特性，无法匹配高频控制需求。如何兼顾动态特性和柔性启闭是现有技术中的亟待解决的技术问题。脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，当其用于调控电压源输出时，可以通过信号的占空比控制电压源输出相应占空比的电压方波，从而改变电压源的输出。脉冲宽度调制是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。脉冲宽度调制是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本文提出了一种基于速度控制器实现高速开关阀阀芯运动可控的方法。本专利技术公开了一种基于速度控制器实现高速开关阀阀芯运动可控的方法，高速开关阀的线圈通过电流检测器与高速切换开关相连，高速切换开关有三个接触头，其中第一接触头与第一电压源相连、第二接触头与第二电压源相连、第三接触头与电流检测器相连；高速开关阀内安装有位移传感器用于获得高速开关阀阀芯运动状态；压力传感系统与高速开关阀相连实时获得电磁阀各工作口的压力状态；控制器与位移传感器、压力传感器相连，获得高速开关阀的阀芯位置和运动速度；控制器实时获得压力传感系统中的数据，从而计算出当前状态下的系统开启电流和关闭电流。控制器与占空比控制器相连；占空比控制器相连的输出分别连接第一电压源和第二电压源；控制器与高速切换开关相连，控制第三接触头与其它接触头的连接状态；所述的控制器包括速度闭环控制器；将高速开关阀的一个工作周期分为8个阶段，通过控制每个周期各阶段的占空比控制器输出占空比进行高速开关阀的控制，一个周期内，所述方法包括如下步骤：1)预加载激励阶段在控制信号上升沿到来之前，控制器预先控制第三接触头与第一接触头连通，并预先触发占空比控制器，占空比控制器输出占空比为A的高频方波信号给第一电压源，第一电压源输出相应的电压方波，在电压方波作用下，线圈电流达到预加载电流值，所述预加载电流值小于开启电流；2)预加载维持阶段达到预加载电流值后，控制器触发占空比控制器，占空比控制器输出占空比为B的高频方波信号给第一电压源，第一电压源开始输出占空比为B的电压方波，在此电压方波的作用下，线圈电流一直保持在预加载电流值上做高频小幅的波动；3)开启阶段控制信号上升沿到来时，控制器触发占空比控制器，占空比控制器输出占空比为C的高频方波信号给第一电压源，第一电压源输出相应的电压方波，在电压方波作用下，线圈电流上升，当线圈电流达到开启电流时开关阀开始打开，电流继续上升，此时电磁力随之上升，阀芯处于加速状态；当阀芯速度达到预设的开启缓冲速度V1后，触发速度闭环控制器，阶段3)结束；4)开启缓冲阶段阀芯速度达到V1后，控制器控制第三接触头与第二接触头连通，位移传感器将阀芯速度实时传递给速度闭环控制器；速度闭环控制器将阀芯速度作为输入量，实时与预设开启缓冲速度V1进行比较，根据比较结果调整此阶段的占空比控制器的输出占空比D，第二电压源根据占空比的实时改变输出相应的电压，使阀芯速度稳定在开启缓冲速度V1直至高速开关阀完全打开；5)维持阶段当高速开关阀完全打开后，控制器控制第三接触头与第一接触头连通，位移传感器向控制器输出信号，控制器此时触发占空比控制器，占空比控制器输出占空比为E的高频方波信号给电压源，第一电压源输出相应的电压方波，在电压方波作用下，电流下降到开启维持电流上做波动，直至控制信号下降沿的到来，其中开启维持电流大于关闭电流；6)关闭阶段当控制信号下降沿到来时，控制器触发占空比控制器，占空比控制器输出占空比为F的高频方波信号给第一电压源，第一电压源输出相应的电压方波，在电压方波作用下，线圈电流迅速下降至关闭电流，此时高速开关阀开始关闭，电压方波继续激励，电流继续下降，电磁力随之下降，阀芯所受合力增加，阀芯速度也持续升高；当阀芯速度达到预设的关闭缓冲速度V2后，触发速度闭环控制器，阶段6)结束；7)关闭缓冲阶段阀芯速度达到V2后，控制器控制第三接触头与第二接触头连通，位移传感器将阀芯速度实时传递给速度闭环控制器；速度闭环控制器将阀芯速度作为输入量，实时与预设关闭缓冲速度V2进行比较，根据比较结果调整此阶段的占空比控制器的输出占空比G，第二电压源根据占空比的实时改变输出相应的电压，使阀芯速度稳定在关闭缓冲速度V2直至高速开关阀完全关闭；8)关闭维持阶段当高速开关阀完全关闭，控制器控制第三接触头与第一接触头连通，位移传感器将信号传给控制器，控制器触发占空比控制器，占空比控制器输出占空比为0的高频方波信号给第一电压源，第一电压源输出零电压，电流下降至零电流；直至下一个周期的到来。所述的占空比A、B、C、E、F在各自阶段持续时间内均不变。占空比D和G可时调整。速度闭环控制器的工作方式为：当阀芯速度大于预设缓冲速度时，降低占空比控制器的输出占空比；当阀芯速度小于预设缓冲速度时，升高占空比控制器的输出占空比；当阀芯速度等于预设缓冲速度时，维持当前占空比。本专利技术以速度控制器来实现阀芯运动速度的控制，最终的速度是由用户根据需要设定的，且该速度值作为预设值是可以调整的。在本专利技术的阶段四和阶段七中，经过速度闭环控制器的实时计算和处理，阀芯速度最终保持在V1和V2值，使得高速开关阀在完全开启和完全关闭时受到的刚性冲击达到较小值，由冲击带来的损伤也达到较小值。占空比的调整是可以通过占空比控制器实时进行的，占空比的变化范围为-1～1；为了进一步提供本专利技术方法的动态特性，本申请设有预加载维持阶段和开启维持阶段，在这两个阶段，线圈电流已经接近开启电流和关闭电流，使得开启阶段和关闭阶段的动态特性大幅提升。作为本专利技术的优选方案，所述的第一电压源的幅值小于第二电压源，从而在相应的缓冲阶段，速度闭环控制器可以在短时间内控制电流稳定在预设缓冲速度。本专利技术的预加载阶段、开启阶段和关闭阶段的占空比均可以选择较大的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于速度控制器实现高速开关阀阀芯运动可控的方法，其特征在于，/n高速开关阀(6)的线圈通过电流检测器(5)与高速切换开关(4)相连，高速切换开关(4)有三个接触头，其中第一接触头(4-1)与第一电压源(2)相连、第二接触头(4-2)与第二电压源(3)相连、第三接触头(4-3)与电流检测器(5)相连；高速开关阀(6)内安装有位移传感器(7)用于获得高速开关阀阀芯运动状态；压力传感系统(8)与高速开关阀(6)相连实时获得电磁阀各工作口的压力状态；控制器(9)与位移传感器(7)、压力传感器(8)相连；控制器(9)与占空比控制器(1)相连；占空比控制器(1)相连的输出分别连接第一电压源(2)和第二电压源(3)；控制器(9)与高速切换开关(4)相连，控制第三接触头(4-3)与其它接触头的连接状态；所述的控制器(9)包括速度闭环控制器(10)；/n将高速开关阀的一个工作周期分为8个阶段，通过控制每个周期各阶段的占空比控制器(1)输出占空比进行高速开关阀的控制，一个周期内，所述方法包括如下步骤：/n1)预加载激励阶段/n在控制信号上升沿到来之前，控制器预先控制第三接触头与第一接触头连通，并预先触发占空比控制器，占空比控制器输出占空比为A的高频方波信号给第一电压源，第一电压源输出相应的电压方波，在电压方波作用下，线圈电流达到预加载电流值，所述预加载电流值小于开启电流；/n2)预加载维持阶段/n达到预加载电流值后，控制器触发占空比控制器，占空比控制器输出占空比为B的高频方波信号给第一电压源，第一电压源开始输出占空比为B的电压方波，在此电压方波的作用下，线圈电流一直保持在预加载电流值上做高频小幅的波动；/n3)开启阶段/n控制信号上升沿到来时，控制器触发占空比控制器，占空比控制器输出占空比为C的高频方波信号给第一电压源，第一电压源输出相应的电压方波，在电压方波作用下，线圈电流上升，当线圈电流达到开启电流时开关阀开始打开，电流继续上升，此时电磁力随之上升，阀芯处于加速状态；当阀芯速度达到预设的开启缓冲速度V...

【技术特征摘要】
1.一种基于速度控制器实现高速开关阀阀芯运动可控的方法，其特征在于，
高速开关阀(6)的线圈通过电流检测器(5)与高速切换开关(4)相连，高速切换开关(4)有三个接触头，其中第一接触头(4-1)与第一电压源(2)相连、第二接触头(4-2)与第二电压源(3)相连、第三接触头(4-3)与电流检测器(5)相连；高速开关阀(6)内安装有位移传感器(7)用于获得高速开关阀阀芯运动状态；压力传感系统(8)与高速开关阀(6)相连实时获得电磁阀各工作口的压力状态；控制器(9)与位移传感器(7)、压力传感器(8)相连；控制器(9)与占空比控制器(1)相连；占空比控制器(1)相连的输出分别连接第一电压源(2)和第二电压源(3)；控制器(9)与高速切换开关(4)相连，控制第三接触头(4-3)与其它接触头的连接状态；所述的控制器(9)包括速度闭环控制器(10)；
将高速开关阀的一个工作周期分为8个阶段，通过控制每个周期各阶段的占空比控制器(1)输出占空比进行高速开关阀的控制，一个周期内，所述方法包括如下步骤：
1)预加载激励阶段
在控制信号上升沿到来之前，控制器预先控制第三接触头与第一接触头连通，并预先触发占空比控制器，占空比控制器输出占空比为A的高频方波信号给第一电压源，第一电压源输出相应的电压方波，在电压方波作用下，线圈电流达到预加载电流值，所述预加载电流值小于开启电流；
2)预加载维持阶段
达到预加载电流值后，控制器触发占空比控制器，占空比控制器输出占空比为B的高频方波信号给第一电压源，第一电压源开始输出占空比为B的电压方波，在此电压方波的作用下，线圈电流一直保持在预加载电流值上做高频小幅的波动；
3)开启阶段
控制信号上升沿到来时，控制器触发占空比控制器，占空比控制器输出占空比为C的高频方波信号给第一电压源，第一电压源输出相应的电压方波，在电压方波作用下，线圈电流上升，当线圈电流达到开启电流时开关阀开始打开，电流继续上升，此时电磁力随之上升，阀芯处于加速状态；当阀芯速度达到预设的开启缓冲速度V1后，触发速度闭环控制器，阶段3)结束；
4)开启缓冲阶段
阀芯速度达到V1后，控制器控制第三接触头与第二接触头连通，位移传感器将阀芯速度实时传递给速度闭环控制器；速度闭环控制器将阀芯速度作为输入量，实时与预设开启缓冲速度V1进行比较，根据比较结果调整此阶段的占空比控制器的输出占空比D，第二电压源根据占空比的实时改变输出相应的电压，使阀芯速度稳定在开启缓冲速度V1直至高速开关阀完全打开；
5)维持阶段
当高速开关阀完全打开后，控制器控制第三接触头与第一接触头连通，位移传感器向控制器输出信号，控制器此时触发占空比控制器，占空比控制器输出占空比为E的高频方波信号给电压源，第一电压源输出相应的电压方波，在电压方波作用下，电流下降到开启维持电流上做波动，直至控制信号下降沿的到来，其中开启维持电流大于关闭电流；
6)关闭阶段
当控制信号下降沿到来时，控制器触发占空比控制器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟麒，汪谢乐，谢耿，王军，何贤剑，李研彪，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33