【技术实现步骤摘要】
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
[0001]本专利技术属于电磁阀控制
，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。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
技术实现思路
>[0006]为克服现有技术的不足，本专利技术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。本专利技术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。
[0007]本专利技术的技术方案具体如下：
[0008]本专利技术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；
[0009]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；
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]优选的，所述蓄能单元为电容或者化学电池中的一种。
[0014]另一方面，本专利技术提供了一种可提高电磁阀响应速度和运动速度的控制方法，该方法将电磁阀的一个工作周期分为至少包括预加载阶段、开启阶段、开启维持阶段、关闭阶段和关闭维持阶段；在一个周期内，所述方法包括如下步骤：
[0015]1)预加载阶段
[0016]控制器预先开启开关k2、单刀双掷开关选择连通第一触点A，控制器触发占空比控制模块输出占空比为α的高频方波信号给恒电压源，恒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I
pon
并维持，待预加载电流稳定后闭合开关k2，其中预加载电流值I
pon
小于临界开启电流值I
on
；
[0017]开关k2闭合后，蓄能模块开始充电；
[0018]2)开启阶段
[0019]控制信号上升沿到来时，控制器断开开关k2，单刀双掷开关选择连通第二触点B，控制器触发占空比控制模块输出占空比为100％的方波信号给恒电压源，恒电压源输出相应的电压方波，同时蓄能模块放电，将激励电压冲击放大，在电压作用下，线圈电流快速上升，当线圈电流达到临界开启电流值I
on
时电磁阀打开，线圈电流持续上升直至达到开启触发电流I
ton
；
[0020]3)开启维持阶段
[0021]当线圈电流上升达到开启触发电流I
ton
时，闭合开关k2，单刀双掷开关由第二触点B切换到第一触点A，控制器触发占空比控制模块输出占空比为β的高频方波信号给恒电压源，恒电压源输出相应的电压方波，在电压方波作用下，线圈电流调控至维持电流值I
hold
并维持，维持电流值I
hoold
大于临界关闭电流值I
off
；
[0022]在所述开启维持阶段，蓄能模块进行充电；
[0023]4)关闭阶段
[0024]当控制信号下降沿到来时，控制器给H桥功率放大器反向的信号，控制器触发占空比控制模块输出占空比为100％的高频方波信号，在反向电压方波作用下，线圈电流迅速下降；线圈电流小于临界关闭电流值I
off
时，电磁阀关闭，线圈电流持续下降，直至电流卸荷至关闭触发电流值I
toff
；
[0025]4)关闭维持阶段
[0026]电流卸荷至关闭触发电流值I
toff
时，控制器触发占空比控制模块的占空比至0，激励电压为零，即进入关闭维持阶段，直至下个预加载阶段到来。
[0027]优选的，所述的预加载电流值I
pon
为临界开启电流值I
on
的90
‑
95％；占空比为α的电压方波的等效电压为预加载电流值与线圈电阻的乘积。
[0028]优选的，所述维持电流值I
hoold
为临界关闭电流值I
off
的105
‑
110％；占空比为β的电压方波的等效电压为维持电流值与线圈电阻的乘积。
[0029]优选的，所述开启触发电流I
ton
略大于临界开启电流值Ion，例如在本专利技术的一个优选实施方案中，开启触发电流I
ton
为临界开启电流值Ion的105
‑
110％；关闭触发电流值I
toff
略小于临界关闭电流值I
off
，例如在本专利技术的一个优选实施方案中，关闭触发电流值I
toff
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可提高电磁阀响应速度和运动速度的控制系统，其特征在于包括控制器、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。2.根据权利要求1所述的可提高电磁阀响应速度和运动速度的控制系统，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的可提高电磁阀响应速度和运动速度的控制系统，其特征在于，所述的蓄能模块包括n个串联的蓄能单元，n大于等于1。4.根据权利要求3所述的可提高电磁阀响应速度和运动速度的控制系统，其特征在于，所述蓄能单元为电容或者化学电池中的一种。5.一种基于权利要求1
‑
4任一项所述系统的电磁阀控制方法，其特征在于所述方法将电磁阀的一个工作周期分为至少包括预加载阶段、开启阶段、开启维持阶段、关闭阶段和关闭维持阶段；在一个周期内，所述方法包括如下步骤：1)预加载阶段控制器预先开启开关k2、单刀双掷开关选择连通第一触点A，控制器触发占空比控制模块输出占空比为α的高频方波信号给恒电压源，恒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I
pon
并维持，待预加载电流稳定后闭合开关k2，其中预加载电流值I
pon
小于临界开启电流值I
on
；开关k2闭合后，蓄能模块开始充电；2)开启阶段控制信号上升沿到来时，控制器断开开关k2，单刀双掷开关选择连通第二触点B，控制器触发占空比控制模块输出占空比为100％的方波信号给恒电压源，恒电压...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟麒，徐恩光，谢耿，汪谢乐，何贤剑，王军，李研彪，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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