CN101718368B

CN101718368B - 比例电磁阀控制方法、装置和应用该装置的工程机械

Info

Publication number: CN101718368B
Application number: CN2009102240494A
Authority: CN
Inventors: 胡宏秋; 肖峰; 李建科
Original assignee: Sany Heavy Industry Co Ltd
Current assignee: Yiyang science and Technology Achievement Transformation Service Center; Sany Heavy Industry Co Ltd
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2029-12-01
Also published as: CN101718368A

Abstract

本发明的实施例公开了一种比例电磁阀控制方法、装置和应用该装置的工程机械，该方法包括：判断当前模式；当前模式为自学习模式时，向比例电磁阀输出给定工作电流，根据所述给定工作电流获取对应关系；当前模式为工作模式时，根据给定信号，按照所述对应关系，向所述比例电磁阀输出脉冲宽度调制PWM值。通过本发明，提高系统动作精确性和可靠性。

Description

比例电磁阀控制方法、装置和应用该装置的工程机械

技术领域

本发明涉及机械技术领域，特别是涉及一种比例电磁阀自适应控制的方法、装置和应用该装置的工程机械。

背景技术

比例电磁阀在工程机械中应用非常普遍，常用的控制方式为PWM(脉冲宽度调整)，即在比例电磁阀线圈两端加一个可调的脉冲信号，通过调整脉冲宽度改变线圈电流，达到控制执行元件的目的。在实际施工过程中，由于温度(线圈的阻抗随温度变化)、电压(工作电压与打开的电器多少相关)的变化，同样的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)值，比例电磁阀的实际电流可能不同，导致执行元件的动作不准确。

现有技术中解决此问题通常有以下两个方法：1、恒速控制：在执行元件上安装测速传感器，以速度为目标进行闭环控制，具体如图1所示，该方法适用于工作负载比较稳定的系统，如摊铺机、压路机的行驶；2、恒流控制：在执行元件电气回路中串联电流检测单元，以电流为目标进行闭环控制，具体如图2所示，该方法适合工作负载动态变化的系统，如平地机、推土机的行驶，此方法中的给定工作电流是根据比例电磁阀的特性曲线确定。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：

现有技术对于工作负载动态变化的系统，采用恒流控制，该方法中的给定电流是根据比例电磁阀的特性曲线确定的，但电磁阀是有个体差异的，如线圈阻抗、动作行程等，所以，每个电磁阀的特性曲线不一定相同，同时电磁阀的特性曲线也随时间会发生少量的变化，因而降低系统动作精确性和可靠性。

发明内容

本发明的实施例提供一种比例电磁阀控制方法、装置和应用该装置的工程机械，用于提高系统动作精确性和可靠性。

本发明的实施例提供一种比例电磁阀控制方法，包括：

判断当前模式；

当前模式为自学习模式时，向比例电磁阀输出给定工作电流，根据所述给定工作电流获取对应关系；其中，所述对应关系包括：所述给定工作电流和执行器行为数据的对应关系；和所述给定工作电流和PWM值的对应关系；

其中，所述根据所述给定工作电流获取对应关系包括：给定比例电磁阀的工作电流；根据所述给定工作电流，获取所述PWM值和所述执行器行为数据；根据所述给定工作电流，所述PWM值和所述执行器行为数据，获取所述给定工作电流和所述执行器行为数据的对应关系，和所述给定工作电流和所述PWM值的对应关系；

当前模式为工作模式时，获取给定信号；根据所述给定信号，按照所述给定工作电流和所述执行器行为数据的对应关系，确定所述给定工作电流；根据所述给定工作电流，所述给定工作电流和所述PWM值的对应关系，向所述比例电磁阀输出PWM值。

其中，还包括：

更新所述给定工作电流和所述执行器行为数据的对应关系；和更新所述给定工作电流和所述PWM值的对应关系。

其中，还包括：

接收检测的实际工作电流；

判断所述实际工作电流是否等于所述给定工作电流；

所述实际工作电流不等于所述给定工作电流时，进行PWM值调整。

本发明的实施例提供一种控制器，包括：

判断模块，用于判断当前模式；

自学习模块，用于当所述判断模块判断当前模式为自学习模式时，向比例电磁阀输出给定工作电流，根据所述给定工作电流获取对应关系；其中，所述对应关系包括：所述给定工作电流和执行器行为数据的对应关系；和所述给定工作电流和PWM值的对应关系；所述自学习模块具体用于：给定比例电磁阀的工作电流；根据所述给定工作电流，获取所述PWM值和所述执行器行为数据；根据所述给定工作电流，所述PWM值和所述执行器行为数据，获取所述给定工作电流和所述执行器行为数据的对应关系，和所述给定工作电流和所述PWM值的对应关系；

工作模块，用于当所述判断模块判断当前模式为工作模式时，获取给定信号；根据所述给定信号，按照所述给定工作电流和所述执行器行为数据的对应关系，确定所述给定工作电流；根据所述给定工作电流，所述给定工作电流和所述PWM值的对应关系，向所述比例电磁阀输出PWM值。

其中，所述自学习模块还用于：

其中，还包括：接收模块，用于接收检测的实际工作电流；

所述判断模块还用于：判断所述实际工作电流是否等于所述给定工作电流；

还包括：调整模块，用于所述实际工作电流不等于所述给定工作电流时，进行PWM值调整。

本发明的实施例提供一种工程机械，具有上述任一项所述的控制器。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对本发明或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中恒速控制系统结构示意图；

图2为现有技术中恒流控制系统结构示意图；

图3为本发明实施例中一种比例电磁阀控制方法流程图；

图4为本发明实施例中一种比例电磁阀控制系统的结构示意图；

图5为本发明实施例中一种比例电磁阀控制方法流程图；

图6为本发明实施例中一种控制器的结构示意图；

图7为本发明实施例中一种控制器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施实例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如背景技术所述，在工程机械中常用的比例电磁阀控制方式为PWM，即在比例电磁阀线圈两端加一个可调的脉冲信号，通过调整脉冲宽度改变线圈电流，达到控制执行器的目的。当对线圈电流(实际工作电流)进行控制时，首先通过比例电磁阀的特性曲线设置给定工作电流(即所需要的实际工作电流)，该给定工作电流并不直接加到比例电磁阀线圈两端，而是以脉冲信号(PWM值)的形式加到比例电磁阀线圈两端；然后，由比例电磁阀根据自身的特性曲线，将脉冲信号(PWM值)转换成线圈电流(实际工作电流)；执行器根据线圈电流(实际工作电流)执行相应的动作(例如调整变量液压马达的排量)。

上述过程中，存在以下对应关系：给定工作电流(即所需要的实际工作电流)与脉冲信号(PWM值)之间的对应关系(比例电磁阀的特性曲线)，脉冲信号(PWM值)与线圈电流(实际工作电流)之间的对应关系(比例电磁阀的特性曲线)，线圈电流与执行器动作之间存在对应关系。由上述对应关系可知，比例电磁阀的特性曲线的准确性是实现通过比例电磁阀准确地控制执行器动作的关键。

而在动态变化负载系统中，比例电磁阀的控制主要有以下两方面的问题：首先，比例电磁阀的工作电流不稳定；其次，由于比例电磁阀的个体之间存在差异(如线圈阻抗、动作行程等)，使得比例电磁阀的特性曲线不一定相同。

为了解决上述问题，本发明实施例提供的技术方案为：在恒流控制的基础上增加了自学习功能，即对机器固有参数(如液压马达工作时的工作电流和转速的关系)进行检测和采集并参与控制，不但使电流保持恒定，而且消除比例电磁阀之间的个体差异，提高系统动作精确性和可靠性。

具体方案为：首先，在控制回路中增加电流检测单元，实行电流反馈闭环控制，从而得到稳定的电流；其次，在控制回路中增加速度、电流检测单元，用自学习功能准确地求出比例电磁阀的特性曲线，给定工作电流按照该特性曲线给定。通过电流反馈闭环控制和自学习功能，不仅补偿温度、电压变化对比例电磁阀线圈电流的影响，而且消除了比例电磁阀的个体差异，适用于平地机、推土机等动态变化负载机器中的比例电磁阀控制。

如图3所示，为本发明的实施例提供的一种比例电磁阀控制方法，具体包括以下步骤：

步骤301、判断当前模式；

步骤302、当前模式为自学习模式时，向比例电磁阀输出给定工作电流，根据所述给定工作电流获取对应关系；当前模式为工作模式时，根据给定信号，按照所述对应关系，向所述比例电磁阀输出脉冲宽度调制PWM值。

为了清晰地阐述本发明的技术方案，首先对比例电磁阀控制系统进行详细的阐述。

本发明的实施例提供的比例电磁阀控制系统，如图4所示，主要由控制器、显示器、测速传感器、电流检测单元、执行元件组成，其中执行元件包括比例电磁阀和执行器，执行器为变量液压马达。

上述各个单元的工作原理为：

控制器：为系统的核心控制单元，具有开关量输入、脉冲输入、模拟量输入、PWM输出、开关量输出等I/O点，CAN总线通讯接口。安装在控制柜中。其中，开关量输入用于接收手柄的档位信号(该档位信号与给定信号成对应关系)，脉冲输入用于接收变量液压马达的转速，模拟量输入用于接收电流检测单元检测的比例电磁阀的实际电流，PWM输出用于输出与电流对应的PWM值，开关量输出用于相关控制信号(比如液压系统相关阀等)，CAN总线通讯接口用于控制器与显示器的数据通讯。当然，控制器的其他I/O点还用于系统中的其他控制。

显示器：为系统人机界面，用于显示工作参数、设置工作参数、工作模式切换等。通过CAN总线与控制器通讯，安装在操作台上。

给定信号：为当前的工作指令(如速度或档位)，控制器按“电流-速度特性曲线”给定工作电流(此处，需要预先求出给定工作电流与速度之间的对应关系)，控制器按“电流-PWM值特性曲线”输出PWM值。给定信号通过电线与控制器相连。

比例电磁阀：执行元件的电液控制部件，动作的行程与工作电流成正比例关系，通过控制其工作电流进行控制其动作行程。安装在执行元件-变量液压马达上，控制信号通过电线与控制器相连。

执行器：变量液压马达，在流量一定的情况下，转速与比例电磁阀的行程成正比例关系。

测速传感器：安装在执行元件-变量液压马达上，测量变量液压马达的转速。转速信号通过电线与控制器相连。

电流检测单元：串接在比例电磁阀线圈的回路中，测量实际工作电流。电流信号通过电线与控制器相连。

其中，控制器有两种工作模式：自学习模式和作业模式。默认模式为作业模式，模式的切换通过显示器上的功能键完成。

自学习模式：(1)首先，控制器输出一组固定的电流(例如：从150mA到700mA，步长10mA)到比例电磁阀上，在此过程中，电流的输出这样完成的，控制器输出的值不是直接的电流值，而是PWM值，先根据给定工作电流和正常阻抗值算出对应PWM初值，然后通过电流反馈修正PWM值，使比例电磁阀实际工作电流无限接近该给定工作电流。(2)同时，控制器检测各给定工作电流值下变量液压马达对应的转速，测量每个给定工作电流下变量液压马达稳定的转速和PWM值。此时，控制器获得多组具有对应关系的数据：给定工作电流值-转速-PWM值。(3)控制器根据测量的各组数据进行分析、整理和简化，求出比例电磁阀“电流-速度特性曲线”、“电流-PWM值特性曲线”的函数表达式。

自学习完成后，显示器会有相应提示，操作员按相应键进入作业模式。上述各组数据的对应关系(即特性曲线的函数表达式)并不是固定不变的，而是在工作一段时间后，相关参数会发生变化，此时操作员可再次在显示器上选择自学习模式，刷新“电流-速度特性曲线”、“电流-PWM值特性曲线”的函数表达式，以确保对应关系的准确性，从而保证控制的准确性。

作业模式：控制器接收到给信号(速度或档位)后，按“电流-速度特性曲线”确定电流值；按“电流-PWM值特性曲线”输出PWM值。工作过程中，通过电流反馈闭环控制，实时修正PWM值，使比例电磁阀线圈的实际工作电流无限接近给定工作电流，满足变量液压马达的转速要求。

通过上述可知，自学习模式时，通过测试，获取并实时更新该对应关系；当工作模式时，通过应用该对应关系获取所需数据。以上的控制过程由控制器自动控制。

本发明的实施例提供一种比例电磁阀控制方法，如图5所示，具体包括以下步骤：

步骤501、控制器判断当前模式。

当当前模式为自学习模式时，转到步骤511；

当当前模式为工作模式时，转到步骤521。

步骤511、给定一个固定电流，转到步骤512。

步骤512、根据当前给定的固定电流，进行数据采集，获取数据组，转到步骤513。

具体地，数据采集包括当前给定的固定电流值下的转速和PWM值。

步骤513、判断对应当前的给定工作电流，数据采集是否完成。

当判断前数据采集未完成，转到步骤512；

当判断前数据采集完成，转到步骤514；

步骤514、判断是否需要进行下一组数据采集。

由于给定工作电流是由一组给定的固定电流组成(例如：从150mA到700mA，步长10mA)，所以需要在每一个固定下进行数据采集。

当判断需要进行下一组数据采集，转到步骤515；

当判断不需要进行下一组数据采集，转到步骤516；

步骤515、给定下一个固定电流，转到步骤512。

步骤516、根据获取的多组数据计算特性曲线，转到步骤530。

具体地，对获取的多组数据进行分析、整理和简化，求出比例电磁阀“电流-速度特性曲线”、“电流-PWM值特性曲线”的函数表达式，进而获取对应的特性曲线。

步骤521、获取给定信号，即变量液压马达的转速，转到步骤522。

步骤522、根据给定信号，输出PWM值，转到步骤523。

具体地，根据给定信号，按照“电流-速度特性曲线”确定给定工作电流值；根据给定工作电流值，按照“电流-PWM值特性曲线”输出PWM值，加到比例电磁阀的两端，上述特性曲线在自学习模式下获取。

步骤523、接收电流检测单元检测的实际工作电流值，转到步骤524。

步骤524、判断实际工作电流是否等于给定工作电流。

当实际工作电流≠给定工作电流时，转到步骤525；

当实际工作电流＝给定工作电流时，转到步骤530。

步骤525、调整PWM值，转到步骤530。

具体地，根据实际工作电流与给定工作电流的大小关系调整PWM值，包括以下两种情况中的任一种：

当实际工作电流＜给定工作电流时，上调PWM值；

当实际工作电流＞给定工作电流时，下调PWM值。

步骤530、结束。

需要说明的是，系统工作一段时间后，系统的相关参数会发生变化，当误差超过一定范围而不能满足设备控制要求时(对于不同的设备，判断标准不统一)，操作员可再次在显示器上选择自学习模式，刷新“电流-速度特性曲线”、“电流-PWM值特性曲线”的函数表达式。当然，也可随时启动自学习功能。

本发明实施例提供一种控制器600，如图6所示，包括：

判断模块610，用于判断当前模式；

自学习模块620，用于当判断模块610判断当前模式为自学习模式时，向比例电磁阀输出给定工作电流，根据所述给定工作电流获取对应关系；

工作模块630，用于当判断模块610判断当前模式为工作模式时，根据给定信号，按照所述对应关系，向所述比例电磁阀输出PWM值。

其中，所述对应关系包括：所述给定工作电流和执行器行为数据的对应关系；和/或所述给定工作电流和PWM值的对应关系；

自学习模块620具体用于：

给定比例电磁阀的工作电流；

根据所述给定工作电流，获取所述PWM值和所述执行器行为数据；

根据所述给定工作电流，所述PWM值和所述执行器行为数据，获取所述给定工作电流和所述执行器行为数据的对应关系；和/或所述给定工作电流和所述PWM值的对应关系。

其中，工作模块630具体用于：

获取给定信号；

根据所述给定信号，按照所述给定工作电流和所述执行器行为数据的对应关系，确定所述给定工作电流；根据所述给定工作电流，所述给定工作电流和所述PWM值的对应关系，向所述比例电磁阀输出PWM值。

其中，自学习模块620还用于：

更新所述给定工作电流和所述执行器行为数据的对应关系；和/或更新所述给定工作电流和所述PWM值的对应关系。

其中，控制器600，如图7所示，还包括：接收模块640，用于接收检测的实际工作电流；

判断模块610还用于：判断所述实际工作电流是否等于所述给定工作电流；

还包括：调整模块650，用于所述实际工作电流不等于所述给定工作电流时，进行PWM值调整。

本发明的实施例提供一种工程机械，具有上述任一项所述的控制器，包括：

判断模块，用于判断当前模式；

自学习模块，用于当所述判断模块判断当前模式为自学习模式时，根据给定工作电流获取对应关系；

工作模块，用于当所述判断模块判断当前模式为工作模式时，根据给定信号，按照所述对应关系，输出PWM值。

本发明针对工作负载动态变化的系统，通过自学习功能，对机器固有参数进行检测和采集并参与控制，不但有恒流的功能，而且消除电磁阀的个体差异，提高系统动作精确性和可靠性。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims

1.一种比例电磁阀控制方法，其特征在于，包括：

判断当前模式；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

接收检测的实际工作电流；

判断所述实际工作电流是否等于所述给定工作电流；

4.一种控制器，其特征在于，包括：

判断模块，用于判断当前模式；

5.如权利要求4所述的控制器，其特征在于，所述自学习模块还用于：

6.如权利要求4所述的控制器，其特征在于，

还包括：接收模块，用于接收检测的实际工作电流；

7.一种工程机械，具有权利要求4-6中任一项所述的控制器。