CN101349358A - 一种比例阀的控制方法和控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种比例阀的控制方法，该方法包括：生成模拟信号，及预置频率和占空比的脉冲信号，选取上述脉冲信号为高电平或低电平时段对应的模拟信号，将选取的信号传送到所述比例阀，控制所述比例阀动作。本发明还可以获取所述比例阀的开度信号，依据所述比例阀的开度信号调节生成模拟信号的电压幅值。同时，本发明公开一种比例阀的控制系统。本发明在控制比例阀开度时，能有效地避免比例阀阀体的颤振，提高比例阀使用的可靠性。

Description

一种比例阀的控制方法和控制系统

技术领域

本发明涉及比例阀控制领域，特别是涉及一种比例阀的控制方法和控制系统。

背景技术

电液比例控制阀(简称为比例阀)是介于液压阀和电液伺服阀之间的一种液压控制阀，比例阀接收外部的控制信号，根据该控制信号调节阀芯位移，使阀门开度与控制信号的强弱成比例变化，对通过该比例阀的介质有效调节，最终实现对应用该比例阀的系统进行精确控制。

目前常采用脉宽调制信号(PWM信号)作为比例阀的控制信号。控制系统发送具有一定频率、不同占空比的PWM信号到比例阀，比例阀根据该PWM信号的占空比成比例地调节阀芯位移，使阀门开度与PWM信号的占空比成比例变化。

参阅图1，示出传统的PWM信号调制方式，PWM信号的占空比为脉冲高电平输出持续时间与脉冲周期的比值，即脉宽占空比＝tp/T。在比例阀控制系统中，占空比的大小表征此时流过比例电磁阀阀芯的平均电流与峰值电流的比值，该比值决定电磁阀的阀门开度。举例而言，上述PWM信号控制比例阀时，该比例阀输出平均流量为：

比例阀平均流量＝(tp/T)Qn；其中，tp--有效脉宽；qn--额定流量；T--采样周期。

现有比例阀控制方式通过改变PWM信号的占空比实现对比例阀的控制，虽然可较好的实现对比例阀的控制。但是改变PWM信号的占空比，就会改变PWM信号的频率分布，由于比例阀阀芯本身为一组线圈结构，在线圈上加载不同频率分布的控制信号，比例阀阀芯的动作幅度相应的不一致，容易引起比例阀阀体的颤振，影响比例阀安装的牢固性。

控制系统根据比例阀开度的反馈信号，调整比例阀开度时，需要进一步调整PWM信号的占空比，而生成不同占空比的PWM信号需要较为复杂的电路，增加整个比例阀控制系统的复杂度，相应地也增加控制系统的实现成本和故障几率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种比例阀的控制方法，以解决现有技术中因PWM信号的占空比不同，导致的比例阀阀体的颤振问题，该方法在控制比例阀开度时，能有效地避免比例阀阀体的颤振，保证比例阀使用的可靠性。

本发明的另一个目的是提供一种比例阀的控制系统，该系统在控制比例阀开度时，能有效地避免比例阀阀体的颤振，保证比例阀使用的可靠性。

本发明一种比例阀的控制方法，该方法包括：生成模拟信号，及预置频率和占空比的脉冲信号；选取上述脉冲信号高电平时段对应的模拟信号；将选取的信号传送到所述比例阀，控制所述比例阀动作。

优选的，选取上述脉冲信号高电平或低电平时段对应的模拟信号之后，还包括：将选取的模拟信号与上述脉冲信号叠加。

优选的，还包括：获取所述比例阀的开度信号，依据所述比例阀的开度信号调节生成模拟信号的电压幅值。

优选的，获取所述比例阀的开度信号具体为：获取所述比例阀的流量值和压力值，依据所述流量值和压力值计算所述比例阀开度，生成开度信号。

优选的，所述模拟信号为线性信号。

本发明一种比例阀的控制系统，该控制系统包括比例阀和选通电路，所述选通电路的控制端接预置频率和占空比的脉冲信号，输入端接模拟信号，输出端接所述比例阀；所述选通电路在上述脉冲信号高电平或低电平时，输出模拟信号。

优选的，所述控制系统还包括判断电路，所述判断电路一输入端接预置频率和占空比的脉冲信号，另一输入端接高电平信号，输出端接所述选通电路的控制端，用于在脉冲信号为高电平时，输出导通指令到所述选通电路。

优选的，所述控制系统还包括加法器，所述加法器的一输入端接预置频率和占空比固定的脉冲信号，另一输入端接所述判断电路的输出端，输出端接所述比例阀。

优选的，所述控制系统还包括反馈调节模块，用于获取所述比例阀的开度信号，并依据所述开度信号调节生成脉冲信号的电压幅值。

优选的，所述选通电路为三态门元件。

优选的，所述判断电路为与门。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明利用频率、占空比固定，幅值变化的脉冲信号，控制比例阀，该脉冲信号的电压幅值直接决定比例阀阀门开度，通过调节模拟电压信号幅值即可实现对比例阀阀门开度的调节，间接实现对整个比例阀系统的控制。由于比例阀阀芯为一组线圈，在线圈上加载固定频率和占空比的控制信号，相对于现有技术在线圈上加载不同频率分布的控制信号，比例阀阀芯会规则的周期性移动，使比例阀阀体振动相对较小，保证比例阀使用的可靠性。

附图说明

图1为传统的PWM信号调制方式图；

图2-a为本发明一种PWM信号的一个周期示意图；

图2-b为另一种PWM脉冲信号的一个周期示意图；

图3为本发明第一实施例提供的比例阀控制方法流程图；

图4a为本发明直线形信号示意图；

图4b为本发明脉冲信号示意图；

图4c为本发明最后生成脉冲信号示意图；

图5为本发明第二实施例提供的比例阀控制方法流程图；

图6a为本发明直线形信号示意图；

图6b为本发明脉冲信号示意图；

图6c为本发明选取的脉冲信号示意图；

图7为本发明第三实施例提供的比例阀控制方法流程图；

图8为本发明第一实施例提供的控制系统；

图9为本发明第二实施例提供的控制系统；

图10为本发明第三实施例提供的控制系统。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

控制系统对比例阀的控制，主要是通过控制流过比例阀的平均电流的大小来实现的，如果PWM信号幅值相等但占空比不相同，PWM信号的占空比直接决定流过比例阀的平均电流与峰值电流的比值，该比值决定比例阀的阀芯位移，即决定比例阀的开度。因此，比例阀的阀门开度不直接受PWM脉冲信号幅值的影响，而与PWM信号所包络的有效面积有关。

举例说明如下。

参阅图2-a，示出一种PWM信号的一个周期，在该周期内，PWM信号包容的有效面积为W＝U*T。其中，U为PWM信号的电压幅值，T该PWM信号高电平的时间。

参阅图2-b，示出另一种PWM脉冲信号的一个周期，在该周期内，该有效面积为W＝(2U)*(T/2)＝U*T。其中，U为PWM信号的电压幅值，T该PWM信号高电平的时间。

可见，PWM信号施加到比例阀的有效面积不仅与占空比相关，还与电压幅值有关，两种幅值不同、占空比不同的PWM信号，其施加到比例阀上所取得的效果可能是等效的，比例阀的开度也可能是相同的。基于上述思路，本发明根据有效面积原则，通过调节PWM脉冲信号的电压幅值实现对比例阀的控制。

本发明同时生成连续的模拟信号，及预置频率和占空比的脉冲信号，选取脉冲信号为高电平时段对应的模拟信号，将选取的信号作为控制用脉冲信号，该脉冲信号频率固定和占空比固定，但电压幅值变化，利用该脉冲信号作为比例阀的控制信号，该脉冲信号的电压幅值直接决定比例阀的开度。

参阅图3，示出本发明第一实施例提供的比例阀控制方法，具体包括以下步骤。

步骤S301、生成模拟信号，及预置频率和占空比的脉冲信号。控制系统根据设置生成电压幅值规律变化的模拟信号。例如，斜率一定的线性信号，高度电压和周期固定的谐波信号等。控制系统根据预置频率和占空比，生成电压幅值相同的脉冲信号。

步骤S302、将模拟信号按预置频率对应的周期打散，选取上述脉冲信号高电平时段或低电平时段对应的模拟信号。控制系统在脉冲信号为高电平时，选取该时间段对应的模拟信号；在脉冲信号为低电平时，不选取该时间段对应的模拟信号。

例如，参阅图4，模拟信号为斜率一定的直线形信号(图4a)，脉冲信号为频率、占空比、电压幅值都固定的方波信号(图4b)，在脉冲信号为高电平时，选取模拟信号，选取的信号为频率、占空比固定，幅值变化的脉冲信号(图4c)。

步骤S303、将选取的脉冲信号传送到比例阀，控制比例阀动作。将频率、占空比固定，幅值变化的脉冲信号发送到比例阀的阀芯上，阀芯因脉冲信号频率和占空比固定，规则的周期性移动，并根据脉冲信号的电压不同，每个周期移动距离不同，控制开度。

本发明利用频率、占空比固定，幅值变化的脉冲信号，控制比例阀，该脉冲信号的电压幅值直接决定比例阀阀门开度，通过调节模拟电压信号幅值即可实现对比例阀阀门开度的调节，间接实现对整个比例阀系统的控制。由于比例阀阀芯为一组线圈，在线圈上加载固定频率和占空比的控制信号，阀芯会规则的移动。不会因移动不规则，导致比例阀阀体颤振，保证比例阀使用的可靠性。

控制系统为提高对生成的模拟信号和脉冲信号的利用率，可将选取的频率和占空比固定，幅值变化的脉冲信号，与生成的频率和占空比固定，幅值也固定的脉冲信号叠加，利用叠加后的脉冲信号控制比例阀。

参阅图5，示出本发明第二实施例提供的比例阀控制方法，具体包括以下步骤。

步骤S501、生成模拟信号，及预置频率和占空比的脉冲信号。控制系统根据设置生成电压幅值规律变化的模拟信号，根据预置频率和占空比，生成电压幅值相同的脉冲信号。

步骤S502、将模拟信号按预置频率对应的周期打散，选取上述脉冲信号高电平时段对应的模拟信号。控制系统在脉冲信号为高电平时，选取该时间段对应的模拟信号；在脉冲信号为低电平时，不选取该时间段对应的模拟信号。

步骤S503、将选取的脉冲信号与最初生成的脉冲信号叠加，作为新的脉冲信号。选取的脉冲信号与最初生成的脉冲信号进行有序叠加，即两个脉冲信号高电平和低电平部分分别叠加。

例如，参阅图6，模拟信号为斜率一定的直线形信号(图6a)，脉冲信号为频率、占空比、电压幅值都固定的方波信号(图6b)，在脉冲信号为高电平时，选取模拟信号，选取的信号为频率、占空比固定，幅值变化的脉冲信号(图6c)，再将该脉冲信号与最初生成的脉冲信号(图6b)叠加，得到新的频率、占空比固定，幅值变化的脉冲信号。

步骤S504、将得到的脉冲信号传送到比例阀，控制比例阀动作。将频率、占空比固定，幅值变化的脉冲信号发送到比例阀的阀芯上，阀芯因脉冲信号频率和占空比固定，规则的周期性移动，并根据脉冲信号的电压不同，每个周期移动距离不同，控制开度。

本发明将通过截取模拟信号生成的脉冲信号，与最初生成的脉冲信号叠加，有效的利用最初生成的脉冲信号和模拟信号，提高对比例阀的控制效率。

本发明控制系统为实现对比例阀的精确控制，通过传感器监测比例阀的当前开度，并根据比例阀的当前开度和计划开度，调节生成模拟信号的电压幅度。

参阅图7，示出本发明第三实施例提供的比例阀控制方法，具体包括以下步骤。

步骤S701、生成模拟信号，及预置频率和占空比的脉冲信号。控制系统根据设置生成电压幅值规律变化的模拟信号，根据预置频率和占空比，生成电压幅值相同的脉冲信号。

步骤S702、将模拟信号按预置频率对应的周期打散，选取上述脉冲信号高电平时段对应的模拟信号。控制系统在脉冲信号为高电平时，选取该时间段对应的模拟信号；在脉冲信号为低电平时，不选取该时间段对应的模拟信号。

步骤S703、将选取的脉冲信号与最初生成的脉冲信号叠加，作为新的脉冲信号。选取的脉冲信号与最初生成的脉冲信号进行有序叠加，即两个脉冲信号高电平和低电平部分分别叠加。

步骤S704、将得到的脉冲信号传送到比例阀，控制比例阀动作。将频率、占空比固定，幅值变化的脉冲信号发送到比例阀的阀芯上，阀芯因脉冲信号频率和占空比固定，并根据脉冲信号的电压不同，每个周期移动距离不同，控制开度。

步骤S705、获取比例阀的开度信号，依据比例阀的开度信号调节生成模拟信号的电压幅值。控制系统通过传感器监测比例阀的开度，并依据比例阀的开度信号，不断调节生成模拟信号的电压幅值，模拟信号的电压幅值变化后，其最后传送到比例阀的脉冲信号的平均电压幅值也相应的变化，比例阀的开度也随之变化，如此反复循环，实现对比例阀的精确控制。

当然，本发明也可获取比例阀的流量值和压力值，依据流量值和压力值计算比例阀开度，生成开度信号。

本发明依据比例阀的当前开度调节生成模拟信号的电压幅值，该模拟信号作用于比例阀，调整比例阀的当前开度，再次利用调整后比例阀的当前开度继续调节生成模拟信号的电压幅值，而生成的脉冲信号的频率、占空比、电压幅值都不需变化，这样在电路实现上，本发明控制系统只需通过简单的电路结构生成固定的频率、占空比、电压幅值的脉冲信号，通过较为简单的电路生成不同电压幅值的模拟信号，上述两个电路相对生成不同占空比脉冲信号的电路在结构和实现上都较为简单，减少整个比例阀控制系统的复杂度，相应地也减少控制系统的实现成本和故障几率。

基于上述比例阀的控制方法，本发明还提供一种比例阀的控制系统，该系统利用选通电路，在脉冲信号为高电平时，输出模拟信号，使输出的信号的频率分布一致，控制比例阀开度时，能有效地避免比例阀阀体的颤振，提高比例阀安装的牢固性。选通电路可为三态门元件，如三极管等。

参阅图8，示出本发明第一实施例提供的控制系统，包括比例阀81和三态门82，选通电路82控制端接预置频率和占空比的脉冲信号，输入端接模拟信号，输出端接比例阀81。

三态门82在脉冲信号高电平时，输出端与输出端导通，输出模拟信号；在脉冲信号低电平时，输出端与输出端隔离，输出低电平。

本发明控制系统还可包括判断电路和加法器，由判断电路提前判断脉冲信号的高低电平，在脉冲信号为高电平时，输出控制指令到选通电路，选通电路输出该时段的模拟信号到加法器，加法器将该信号与脉冲信号叠加后输出。其中，判断电路可为与门，选通电路可为三态门元件。

参阅图9，示出本发明第二实施例提供的控制系统，包括比例阀81、三态门82、与门83和加法器84。

与门83的一输入端接脉冲信号，另一输入端接电源正极，输出端接三态门的控制端，三态门82的输入端接模拟信号，输出端接加法器84一输入端，加法器84另一输入端接脉冲信号，加法器84输出端接比例阀81。

当脉冲信号为高电平时，与门83的两输入端为都为高电平，输出高电平的控制信号到三态门82的控制端，三态门82导通，该时段的模拟信号输出到加法器84，加法器84的另一输入端直接接脉冲信号，该脉冲信号的高电平与该时段的模拟信号叠加，作为新脉冲信号的高电平。

当脉冲信号为低电平时，与门83的两输入端分别为高电平和低电平，输出低电平的控制信号到三态门82的控制端，三态门82截止，该时段输出低电平到加法器84，加法器84的另一输入端直接接脉冲信号，该脉冲信号的低电平与该时段三态门82输出的低电平叠加，作为新脉冲信号的低电平。

本发明控制系统还可通过中心处理电路调节生成模拟信号的电压幅值，该中心处理电路可依据比例阀的当前开度调节生成模拟信号的电压幅值。

参阅图10，示出本发明第三实施例提供的控制系统，包括比例阀81、三态门82、与门83、加法器84、及中心处理电路85，其中，中心处理电路85包括模拟信号生成模块851、脉冲信号生成模块852、及反馈调节模块853。

反馈调节模块853获取比例阀的开度信号，并依据比例阀的开度信号，计算模拟信号所需的电压幅值，将该电压幅值传送到模拟信号生成模块851，指令模拟信号生成模块851生成该电压幅值的模拟信号。

脉冲信号生成模块852生成预置频率、占空比、电压幅值的脉冲信号。

比例阀81、三态门82、与门83、加法器84等装置在本实施例中的功能和作用与图8所示实施例相同，不再赘述。

以上对本发明所提供的一种比例阀的控制方法和控制系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1、一种比例阀的控制方法，其特征在于，该方法包括：

生成模拟信号，及预置频率和占空比的脉冲信号；

选取上述脉冲信号高电平或低电平时段对应的模拟信号；

将选取的信号传送到所述比例阀，控制所述比例阀动作。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，选取上述脉冲信号高电平时段对应的模拟信号之后，还包括：

将选取的模拟信号与上述脉冲信号叠加。

3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：

获取所述比例阀的开度信号，依据所述比例阀的开度信号调节生成模拟信号的电压幅值。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，获取所述比例阀的开度信号具体为：

获取所述比例阀的流量值和压力值，依据所述流量值和压力值计算所述比例阀开度，生成开度信号。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模拟信号为线性信号。

6、一种比例阀的控制系统，其特征在于，该控制系统包括比例阀和选通电路，所述选通电路的控制端接预置频率和占空比的脉冲信号，输入端接模拟信号，输出端接所述比例阀；

所述选通电路在上述脉冲信号为高电平或低电平时，输出模拟信号。

7、如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括判断电路，所述判断电路一输入端接预置频率和占空比的脉冲信号，另一输入端接高电平信号，输出端接所述选通电路的控制端，用于在脉冲信号为高电平时，输出导通指令到所述选通电路。

8、如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括加法器，所述加法器的一输入端接预置频率和占空比固定的脉冲信号，另一输入端接所述判断电路的输出端，输出端接所述比例阀。

9、如权利要求6、7、或8所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括反馈调节模块，用于获取所述比例阀的开度信号，并依据所述开度信号调节生成脉冲信号的电压幅值。

10、如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述选通电路为三态门元件。

11、如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述判断电路为与门。

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