[发明专利]一种基于电压脉宽调制的电磁阀智能控制系统及其方法

说明书

本发明公开了一种基于电压脉宽调制的电磁阀智能控制系统及其方法，包括控制信号发生器、占空比控制器、电压源、电流检测器、油箱、电磁阀、压力传感器、运算器、信号比较器。电磁阀进油口和工作口的压力传感器可以时时检测油压，并反馈给运算器，运算器根据该电磁阀前期测试的数据自动计算出开启电流和关闭电流；压力传感器和运算器配合使用，工作过程中即使电磁阀的工况发生变化，智能控制系统也能根据传感器读取的压力值进行智能地调节，使电磁阀具有对工况的自适应能力；单电压源占空比调节的控制方式不存在多电源切换现象，因此电源切换引起的短路的现象将不会出现，工作将更稳定。

技术领域

本发明涉及一种基于电压脉宽调制的电磁阀智能控制系统及其方法。

背景技术

在电磁阀的研究中，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。磁通量未饱和的情况下，安匝数越大，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息最小的时候，因此开启电流比关闭电流大。

目前液压领域的电磁阀大多采用常规PWM控制，即控制电路给电磁阀输入一个高位电压，电磁阀中线圈产生电流，随着电流的增大，电磁铁产生的电磁力也随之增大，当电磁力增大至足以克服各类阻力时，电磁力驱动电磁铁做吸合运动；当高位电压撤离时，线圈中电流下降，由此产生的电磁力也随之减小，直至电磁力不足以克服回复力，此时电磁阀的阀芯在回复力的作用下做复位运动。该控制方式通过调节方波信号的频率来实现电磁阀开关的频率，通过调节方波信号的占空比来实现电磁阀在一个信号周期内的启闭时间。

然而，该控制方式在对阀的动态响应要求较高的场合存在一些不足。首先是线圈和电磁铁的电感导致阀的启闭存在一定的滞后，即电压信号输入后需要经过一定的滞后时间，阀芯才会运动，电压信号撤离也需要经过一定的时间，阀芯才会复位。在很多情况下，用户为了通过改变控制信号占空比实现对阀开启时间的控制，在阀已经开启的情况下，为了保持开启状态，电压仍然处于高位，这样就容易导致线圈中的电流持续上升。电流的持续上升，一方面引起线圈过度发热，能量过度损耗；另一方面会导致在PWM控制信号处于低位(即高电压撤离)时，由于线圈中电流过大，需经过更长的时间电流才能降至电磁阀关闭所需的关闭电流，由此导致的关闭时间增加是不可避免的。为了解决上述问题，目前有人提出多电压切换供电的方式，但是多电压切换供电时，如果不能把握好电压的切换时间，将引起两个或多个电源短路的现象，造成重大事故。

更值得考虑的是，电磁阀的工况往往会发生变化，进油口、控制口和出油口油压的变化会导致阀芯受力变化，这就使电磁阀开启和关闭的所需要的电磁力变化，从而使电磁阀开启和关闭所需要的电流发生变化。开启和关闭所需的电流值的变化也必定会导致滞后时间的变化，因此在常规的PWM控制方法下，阀的动态性能容易受工况的影响，无法提供稳定的，抗干扰性强的性能。

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的电磁阀智能控制系统。该智能控制系统包括控制信号发生器、占空比控制器、电压源、电流检测器、油箱、电磁阀、压力传感器A、压力传感器B、运算器、信号比较器；控制信号发生器、占空比控制器、电压源、电流检测器、电磁阀顺次相连，油箱与电磁阀的出油口相连，压力传感器A用于检测电磁阀工作口油压，压力传感器B用于检测电磁阀进油口油压；压力传感器A和压力传感器B分别与运算器相连，运算器通过两路信号与信号比较器相连，信号比较器还分别与控制信号发生器、占空比控制器、电流检测器相连。

所述控制信号为频率和占空比可调的方波。控制信号方波上升沿时，触发占空比控制器输出占空比100％的信号给电压源，并触发信号A与电流检测器反馈数值时时比较；控制信号方波下降沿时，触发占空比控制器输出占空比-100％的信号给电压源，并触发信号B与电流检测器反馈数值时时比较。