(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201610356795.9
(22)申请日 2016.05.20
(71)申请人 合肥工业大学
地址 230009 安徽省合肥市包河区屯溪路
193号
(72)发明人 夏光 杜克 吴恵 谢海 涂波涛
施信信 郭东云 滑杨莹 汪韶杰
(74)专利代理机构 安徽省合肥新安专利代理有
限责任公司 34101
代理人 陆丽莉 何梅生
(51)Int.Cl.
F16K 31/06(2006.01)
(54)发明名称
制方法
(57)摘要
本发明公开了一种改善高速开关电磁阀比
电磁阀作为比例控制功能使用时，设置所述高速
开关电磁阀的PWM控制信号的频率、高电平和低安顺学院图书馆
电平参数来改善高速开关电磁阀的比例控制功
能。本发明能有效减小高速开关电磁阀的压力波
动幅度，拓宽高速开关电磁阀的比例调节范围和
PWM的有效控制占空比范围，改善高速开关电磁
阀的比例特性。权利要求书1页 说明书7页 附图1页CN 105889603 A 2016.08.24
C N 105889603
A
1.一种改善高速开关电磁阀比例特性的PWM控制方法，其特征在于：在所述高速开关电磁阀作为比例控制功能使用时，设置所述高速开关电磁阀的PWM控制信号的频率为比例频率f P ，设置所述高速开关电磁阀的PWM控制信号的高电平为比例高电平V PH ，设置所述高速开关电磁阀的PWM控制信号的低电平为比例低电平V PL 。
2.根据权利要求1所述PWM控制方法，其特征在于：
所述比例频率f P 为所述高速开关电磁阀在正常工作频率范围内的最大频率值；
xfy
所述比例高电平V PH 为所述高速开关电磁阀的额定工作电压；
所述比例低电平V PL 是通过压力比例调节试验方法确定其取值范围。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述压力比例调节试验方法是按如下步骤进行：
步骤1、将所述高速开关电磁阀接入电磁阀液压试验台系统，设置所述PWM控制信号的频率为所述比例频率f P ，设置所述PWM控制信号的高电平为所述比例高电平V PH ，设置所述PWM控制信号的低电平V L 为0V；
步骤2、定义占空比调节步距为Δλ、电压调节步距为ΔV、所述低电平V L 的调节次数为n，并初始化Δλ＝α、ΔV＝β、n＝1；
步骤3、以所述PWM控制信号的低电平V L 为0V作为第n-1次调节的低电平设置PWM控制信号的占空比为0，按照占空比调节步距Δλ逐步增大所述第n-1次调节的PWM控制信号的占空比，并记录所述高速开关电磁阀所控制的电磁阀液压试验台系统的相应压力变化情况，当所述高速开关电磁阀所控制的电磁阀液压试验台系统的压力开始增大时，标记第n-1次调节时压力开始增大时刻所对应的PWM控制信号的占空比为并继续按照占空比调节步距Δλ逐步增大所述第n-1次调节的PWM控制信号的占空比；当所述高速开关电磁阀所控制的电磁阀液压试验台系统的压力开始维持不变时，停止增大PWM控制信号的占空比；
步骤3、以电压调节步距ΔV增大所述PWM控制信号的低电平作为第n次调节的低电平判断所述第n次调节的占空比是否为“0”；若为“0”，则按照占空比调节步距Δλ逐步增大所述第n次调节的PWM控制信号的占空比；当所述高速开关电磁阀所控制的电磁阀液压试验台系统的压力开始维持不变时，停止增大PWM控制信号的占空比；标记第n次调节的PWM 控制信号的低电平为V max ；否则，将n+1赋值给n，并重复执行步骤3；
步骤4、以电压调节步距ΔV减小所述PWM控制信号的低电平作为第n+1次调节的低电平判断所述第n次调节的占空比
是否为“0”；若为“0”，则将n+1赋值给n，并重复执行步骤4；否则，按照占空比调节步距Δλ逐步增大所述第n+1次调节的PWM控制信号的占空比；当所述高速开关电磁阀所控制的电磁阀液压试验台系统的压力开始维持不变时，停止增大PWM控制信号的占空比；标记第n+1次调节的PWM控制信号的低电平
为V min ；
步骤5、设定所述比例低电平V PL 的取值范围为[V min ,V max )。权 利 要 求 书1/1页
CN 105889603 A
一种改善高速开关电磁阀比例特性的PWM控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种高速开关电磁阀的驱动方法，具体地说是一种改善高速开关电磁阀比例特性的PWM控制方法。
背景技术
[0002]高速开关电磁阀的基本工作原理是基于外部输入脉宽调制(Pulse Wid th Modulation,PWM)控制
信号控制阀内的电磁铁产生或消除电磁吸力，以带动阀芯进行往返运动的同时，使得阀口处于开或关状态，从而实现了阀口处液流的通断控制，在高频PWM控制信号可实现类似比例阀的阀口开度比例控制功能，称之为高速开关电磁阀的比例功能特性。
[0003]国产的高速开关阀在性能、品质方面受生产技艺限制，在PWM控制信号下对阀口开度进行比例控制时，比例可控范围有限且阀口较易全开或全关，有效控制占空比范围小，一般在30％～55％。
[0004]高速开关电磁阀结构的参数主要包括线圈电阻、线圈匝数、弹簧刚度、初始工作气隙、等，在保证高速开关阀正常开启、关闭、具有比例控制功能的前提下，线圈匝数和线圈电阻参数主要影响有效占空比工作区间，对电磁阀比例控制范围和有效占空比范围影响很小，改变弹簧刚度和初始工作气隙参数可在一定程度上拓宽电磁阀比例控制范围和有效控制占空比范围，但是改善效果甚微。因而通过对这些结构参数的适当调整对高速开关电磁阀的比例控制范围和有效控制占空比范围的拓宽效果甚微，还需要对高速开关电磁阀的设计参数进行修改，因此，实用性不强。
[0005]因而，目前高速开关电磁阀的比例控制功能存在比例可控范围小和有效占空比范围较小的弊端，通过对电磁阀的结构参数调整也很难明显改善其比例特性，且成本较高，调节过程复杂，不利于产品的推广应用。
发明内容
[0006]本发明为避免上述现有技术所存在的不足之处，提出一种改善高速开关电磁阀比例特性的PWM控制方法，以期能有效拓宽高速开关电磁阀的比例控制范围和有效控制占空比范围，提高高速开关电磁阀所控制的流量和压力的比例控制范围，实现对阀口开度更精细的调节及对流量和压力更精确的调节，从而提高高速开关阀的比例控制功能。
[0007]本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
[0008]本发明一种改善高速开关电磁阀比例特性的PWM控制方法的特点是：在所述高速开关电磁阀作为比例控制功能使用时，设置所述高速开关电磁阀的PWM控制信号的频率为比例频率f P，设置所述高速开关电磁阀的PWM控制信号的高电平为比例高电平V PH，设置所述高速开关电磁阀的PWM控制信号的低电平为比例低电平V PL。
[0009]本发明所述PWM控制方法的特点也在于：
[0010]所述比例频率f P为所述高速开关电磁阀在正常工作频率范围内的最大频率值；
[0011]所述比例高电平V PH为所述高速开关电磁阀的额定工作电压；
[0012]所述比例低电平V PL是通过压力比例调节试验方法确定其取值范围。拉美债务危机
[0013]所述压力比例调节试验方法是按如下步骤进行：
[0014]步骤1、将所述高速开关电磁阀接入电磁阀液压试验台系统，设置所述PWM控制信号的频率为所述比例频率f P，设置所述PWM控制信号的高电平为所述比例高电平V PH，设置所述PWM控制信号的低电平V L为0V；
[0015]步骤2、定义占空比调节步距为Δλ、电压调节步距为ΔV、所述低电平V L的调节次数为n，并初始化Δλ＝α、ΔV＝β、n＝1；
熟人作案
[0016]步骤3、以所述PWM控制信号的低电平V L为0V作为第n-1次调节的低电平设置PWM控制信号的占空比为0，按照占空比调节步距Δλ逐步增大所述第n-1次调节的PWM控制信号的占空比，并记录所述高速开关电磁阀所控制的电磁阀液压试验台系统的相应压力变化情况，当所述高速开关电磁阀所控制的电磁阀液压试验台系统的压力开始增大时，标记第n-1次调节时压力开始增大时刻所对应的PWM控制信号的占空比为并继续按照占空比调节步距Δλ逐步增大所述第n-1次调节的PWM控制信号的占空比；当所述高速开关电磁阀所控制的电磁阀液压试验台系统的压力开始维持不变时，停止增大PWM控制信号的占空比；
[0017]步骤3、以电压调节步距ΔV增大所述PWM控制信号的低电平作为第n次调节的低电
平判断所述第n次调节的占空比是否为“0”；若为“0”，则按照占空比调节步距Δλ逐步增大所述第n次调节的PWM控制信号的占空比；当所述高速开关电磁阀所控制的电磁阀液压试验台系统的压力开始维持不变时，停止增大PWM控制信号的占空比；标记第n次调节的PWM控制信号的低电平为V max；否则，将n+1赋值给n，并重复执行步骤3；
[0018]步骤4、以电压调节步距ΔV减小所述PWM控制信号的低电平作为第n+1次调节的低
电平判断所述第n次调节的占空比是否为“0”；若为“0”，则将n+1赋值给n，并重复执行步骤4；否则，按照占空比调节步距Δλ逐步增大所述第n+1次调节的PWM控制信号的占空比；当所述高速开关电磁阀所控制的电磁阀液压试验台系统的压力开始维持不变时，停止增大PWM控制信号的占空比；标记第n+1次调节的PWM控制信号的低电平为V min；[0019]步骤5、设定所述比例低电平V PL的取值范围为[V min,V max)。
[0020]与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
[0021]1、本发明通过调整PWM控制信号参数中的频率来改善高速开关电磁阀的比例特性，PWM控制信号的频率采用比例频率，减小了高速开关电磁阀阀芯悬浮的振动幅度，提高了阀口开度的比例控制精度。
[0022]2、本发明通过调整PWM控制信号参数中的电压高电平和电压低电平来改善高速开关电磁阀的比例特性，PWM控制信号的电压高电平采用比例高电平，电压低电平采用比例低电平，拓宽了高速开关电磁阀的比例控制范围和有效控制占空比范围，提高了高速开关电磁阀所控制的流量和压力的比例控制范围，实现了对阀口开度更精细的调节及对流量和压力更精确的调节，从整体上提高了高速开关电磁阀的比例控制功能。
[0023]3、本发明通过调整PWM控制信号的参数实现了对高速开关电磁阀比例控制范围和
有效控制占空比范围的拓宽，提高了高速开关电磁阀的比例特性，无需改变高速开关电磁阀的结构设计参数，可操作性强，且适合不同类型和参数的高速开关电磁阀，适用范围广。[0024]4、本发明通过调整PWM控制信号参数中的频率、电压高电平和电压低电平来拓宽高速开关电磁阀比例控制范围和有效控制占空比范围，是改善高速开关电磁阀的比例特性的最简捷有效方法，有效避免了通过设计电磁阀的智能功率驱动电路来改善高速开关电磁阀的比例特性，降低了高速开关电磁阀的硬件驱动电路成本，工程推广应用性更强。
附图说明
土木工程学报[0025]图1为本发明PWM控制信号图；
[0026]图2为用于本发明的电磁阀测试试验系统结构图。
[0027]图中标号：1液压泵；2PWM信号发生器；3电磁阀接口；4压力传感器；5计算机。
具体实施方式
[0028]本实施例中，一种改善高速开关电磁阀比例特性的PWM控制方法，在高速开关电磁阀作为比例控制功能使用时，设置高速开关电磁阀的PWM控制信号的频率、高电平和低电平参数来拓宽高速开关电磁阀的比例调节范围和PWM的有效控制占空比范围，减小高速开关电磁阀的压力波动幅度，改善高速开关电磁阀的比例特性。具体的说，
[0029]参阅图1，一种改善高速开关电磁阀比例特性的PWM控制方法，在高速开关电磁阀作为比例控制功能使用时，设置高速开关电磁阀的PWM控制信号的频率为比例频率f P，设置高速开关电磁阀的PWM控制信号的高电平为比例高电平V PH，设置高速开关电磁阀的PWM控制信号的低电平为比例低电平V PL。
[0030]高速开关电磁阀存在工作的临界频率，一般约为200HZ，当PWM控制信号的频率小于或远小于临界频率时，高速开关电磁阀易出现周期性开启和关闭动态特性，高速开关电磁阀已很难在惯性作用下维持全开状态，不利于高速开关电磁阀的比例控制功能的实现，增大驱动频率，高速开关电磁阀的比例控制范围和有效控制占空比范围变化微小，但是阀芯震动幅度减小，有利于阀口开度的比例控制和精确调节。为保证高速开关阀阀口开度的比例控制功能，PWM控制信号的驱动频率应大于高速开关电磁阀的临界频率。由于高速开关电磁阀都有一定的工作频率范围，具体实施中，选取PWM控制信号的比例频率f P为高速开关电磁阀在正常工作频率范围内的最大频率值；
[0031]选取PWM控制信号的比例高电平V PH为高速开关电磁阀的额定工作电压，一般为高速开关电磁阀所在系统的标准电压，在汽车上使用的高速开关电磁阀一般为直流12V电压驱动，工程车辆和商用车一般为直流24V电压驱动，本发明中PWM控制信号的比例高电平V PH 采用高速开关电磁阀所在系统的标准电压，无需通过升压电路产生高压，可有效降低高速开关电磁阀硬件驱动电路的成本。
[0032]PWM控制信号的比例低电平V PL是通过压力比例调节试验方法确定其取值范围。[0033]由于高速开关电磁阀存在线圈电感L，在线圈通电初期线圈电流不能迅速提升，且衔铁及阀芯在初始位置，衔铁工作气隙最大，通过提高PWM控制信号的低电平电压，增大线圈电流和电磁力，但产生的电磁力还不足以克服复位弹簧力等电磁阀的开启阻力，阀芯位移为零，电磁阀的开度为零，但是由于预置的电磁力已部分克服复位弹簧等开启阻力，当对
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