CN102359644B - 一种控制电磁阀的控制系统与控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明针对现有技术中很难找到合适的PWM信号频率来兼顾线圈电流的有效值和颤振信号以及难以实现线圈电流的有效值和颤振的幅度和频率之间的独立调节的缺陷，提供了一种能够克服上述缺陷的控制电磁阀的控制系统和控制方法。本发明提供一种控制电磁阀的控制系统，该电磁阀包括电磁线圈和阀芯，该控制系统包括信号发生器，其中，所述信号发生器产生两个独立的控制信号，并通过所述信号发生器的两个不同的输出端子将所述两个独立的控制信号输出到所述电磁线圈，其中一个所述控制信号用于控制所述电磁线圈上的电流的有效值，另一个所述控制信号用于引起所述阀芯的颤振。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路的控制领域，尤其涉及一种控制电磁阀的控制系统与控制方法。
背景技术
随着机电液一体化技术和产品的发展与开发，电液阀的应用越来越广泛。在工程应用(尤其是在工程机械)中，由控制器的脉宽调制(PWM)输出直接连接到电液阀的电磁线圈两端，通过调节PWM输出的占空比来改变作用在电液阀的电磁线圈上的电流的有效值，从而通过控制电液阀阀芯的位移量来调节流量。
电液阀的阀芯的位移或推力正比于流经电磁线圈的电流的有效值。若该电流固定不变，则阀芯位置也固定不动，这样当改变电流时，阀芯要克服静摩擦才能从静止状态开始动作，故产生所谓的“粘滞”效应，增大了滞后，降低了响应速度和灵敏度。因此，通常需要在控制器的控制信号中加入颤振信号，以给阀芯施加小幅振动，使其始终处于振动状态，将静摩擦转换为动摩擦，从而改善其响应速度和响应灵敏度，减小滞后。
目前加入颤振的方法一般有两种。一种是若控制器的PWM输出本身提供颤振功能，则可直接通过控制器的PWM函数来设置PWM输出的占空比、频率以及颤振的占空比、频率等相关参数。另一种是若控制器没有直接提供颤振功能，则需要编制程序软件来以一定频率刻意改变PWM输出的占空比从而实现颤振功能。
这两种方法的本质都是以一定频率改变PWM输出波形的占空比，以期通过PWM波形占空比的周期变化来实现颤振。图1(a)示出了无颤振功能的PWM波形(实线)以及电磁铁线圈上产生的实际电流I(虚线)，其中PWM波形的周期为f、占空比为50％，图中还示出了电磁铁线圈的有效电流IEFF。通过改变PWM输出波形的占空比来实现颤振的原理如图1(b)所示，其中，前4个PWM波形的占空比为60％，后4个PWM波形的占空比为40％，从而使得电磁线圈上的有效电流IEFF的幅值变化为10％、频率变化为1/8倍的PWM频率变化，这样就产生了颤振作用。
从电气角度分析，由于电磁线圈的电感特性，所以在改变PWM输出波形的占空比或频率时，线圈电流会在临近PWM波形的周期过渡区域表现为一定幅值的下降和上升(见图1b)，即颤振本质上是线圈电流的寄生纹波。因此，颤振信号与PWM控制信号是耦合在一起的，颤振信号的幅值和频率受PWM信号和线圈电感的共同影响，所以很难找到合适的PWM信号频率来兼顾线圈电流的有效值和颤振信号，而且也难以实现线圈电流的有效值和颤振的幅度和频率之间的独立调节。
发明内容
本发明针对现有技术中很难找到合适的PWM信号频率来兼顾线圈电流的有效值和颤振信号以及难以实现线圈电流的有效值和颤振的幅度和频率之间的独立调节的缺陷，提供一种能够克服上述缺陷的控制电磁阀的控制系统和控制方法。
本发明提供一种控制电磁阀的控制系统，该电磁阀包括电磁线圈和阀芯，该控制系统包括信号发生器，其中，所述信号发生器产生两个独立的控制信号，并通过所述信号发生器的两个不同的输出端子将所述两个独立的控制信号输出到所述电磁线圈，其中一个所述控制信号用于控制所述电磁线圈上的电流的有效值，另一个所述控制信号用于引起所述阀芯的颤振。
本发明还提供一种控制电磁阀的控制方法，该电磁阀包括电磁线圈和阀芯，该方法包括：
产生两个独立的控制信号，其中一个所述控制信号用于控制所述电磁线圈上的电流的有效值，另一个所述控制信号用于引起所述阀芯的颤振；以及
将所述两个独立的控制信号传递到所述电磁线圈。
由于根据本发明的控制系统和控制方法向电磁线圈提供了两个独立的控制信号，即用于控制电磁线圈上的电流的有效值的控制信号以及用于引起阀芯的颤振的控制信号，所以根据本发明的控制系统和控制方法能够实现线圈电流的有效值和颤振的幅度和频率之间的独立调节，并且能够容易地找到合适的控制信号频率来兼顾线圈电流的有效值和颤振信号。
附图说明
图1a示出了无颤振功能的PWM波形(实线)以及电磁线圈上产生的实际电流I；
图1b示出了改变PWM波形的占空比后的电磁线圈上的电流；
图2是根据本发明一种实施方式的控制电磁阀的控制系统；
图3是根据本发明另一实施方式的控制电磁阀的控制系统；
图4是根据本发明一种实施方式的控制电磁阀的控制方法。
具体实施方式
下面结合附图来详细描述根据本发明的控制系统和控制方法。
首先，如图2所示，本发明提供一种控制电磁阀的控制系统，该电磁阀Y1包括电磁线圈和阀芯(图中未详细示出电磁阀Y1的内部具体结构)，该控制系统包括信号发生器10，其中，所述信号发生器10产生两个独立的控制信号，所述两个独立的控制信号通过所述信号发生器10的两个不同的输出端子(即out1和out2)输出并且都被传递到所述电磁线圈，其中一个所述控制信号用于控制所述电磁线圈上的电流的有效值，另一个所述控制信号用于引起所述阀芯的颤振。这样，两个独立的控制信号就施加到了电磁线圈上，使得能够实现电磁线圈电流有效值与阀芯颤振的单独调节。
在根据本发明的一个优选实施方式中，用于控制所述电磁线圈上的电流的有效值的控制信号为方波、三角波、正弦波中的一种，用于引起所述阀芯的颤振的控制信号为方波、三角波、正弦波中的一种。其中，可以根据实际应用中对电磁线圈的电流的有效值以及阀芯的颤振的要求来设置这两个控制信号，从而实现了本发明对电磁线圈电流有效值和阀芯颤振独立调节的目的。
在根据本发明的另一优选实施方式中，用于控制所述电磁线圈上的电流的有效值的控制信号和用于引起所述阀芯的颤振的控制信号均优选为方波，例如，脉冲宽度调制(PWM)波。而且，用于控制所述电磁线圈上的电流的有效值的PWM信号与用于引起阀芯的颤振的控制信号彼此独立，但是，后者的有效值可以为前者的有效值的0.05至0.2倍，这样就可以实现阀芯的微小抖动，从而增加电磁阀的响应速度、降低滞后。本文中，电磁阀可以指的是液压系统中常用的电液比例阀、电液伺服阀等，也可以指的是气压传动控制系统中的气动比例阀、气动伺服阀等。总之，根据本发明的控制电磁阀的控制系统可以对通过电磁方式控制的、在操作中需要产生阀芯的颤振以改善响应速度并降低滞后的任意类型的电磁阀进行控制。
另外，为了避免信号发生器10输出的两路控制信号的相互影响，在根据本发明的又一优选实施方式中，在信号发生器10的两个不同输出端子out1和out2与电磁铁Y1的电磁线圈之间分别连接有二极管D1和D2(如图3所示)，其中二极管D1的正极连接到输出端子out1，二极管D2的正极连接到输出端子out2。可以根据信号发生器10输出的控制信号的频率、回路电流的大小等来选择二极管的类型，信号发生器10输出的控制信号的频率越高，所选二极管的工作频率就应当越大，回路电流越大，则所选二极管的额定电流就越大。
在上面的描述中，信号发生器10优选为PLC控制器。
本发明还提供了一种控制电磁阀的控制方法，该电磁阀包括电磁线圈和阀芯。如图4所示，根据本发明的控制电磁铁的控制方法包括：
S41、产生两个独立的控制信号，其中一个所述控制信号用于控制所述电磁线圈上的电流的有效值，另一个所述控制信号用于引起所述阀芯的颤振。
在根据本发明的一个优选实施方式中，用于控制所述电磁线圈上的电流的有效值的控制信号为方波、三角波、正弦波中的一种，用于控制所述阀芯的颤振的控制信号为方波、三角波、正弦波中的一种。其中，可以根据实际应用中对电磁线圈的电流的有效值以及阀芯的颤振的要求来设置这两个控制信号，从而实现了本发明对电磁线圈电流有效值和阀芯颤振独立调节的目的。
在根据本发明的另一优选实施方式中，用于控制所述电磁线圈上的电流的有效值的控制信号和用于引起所述阀芯的颤振的控制信号均优选为方波，例如，脉冲宽度调制(PWM)波。而且，用于控制所述电磁线圈上的电流的有效值的PWM信号与用于引起阀芯的颤振的控制信号彼此独立，但是，后者的有效值可以为前者的有效值的0.05至0.2倍，这样就可以实现阀芯的微小抖动，从而增加电磁阀的响应速度、降低滞后。本文中，电磁阀可以指的是液压系统中常用的电液比例阀、电液伺服阀等，也可以指的是气压传动控制系统中的气动比例阀、气动伺服阀等。总之，根据本发明的控制电磁阀的控制系统可以对通过电磁方式控制的、在操作中需要产生阀芯的颤振以改善响应速度并降低滞后的任意类型的电磁阀进行控制。
S42、将所述两个独立的控制信号传递到所述电磁线圈。
以上结合本发明的优选实施方式对本发明进行了详细描述，但是在不背离本发明精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对本发明进行各种变形和修改。
Claims (8)
1.一种控制电磁阀的控制系统，该电磁阀包括电磁线圈和阀芯，该控制系统包括信号发生器，其中，所述信号发生器产生两个独立的控制信号，并通过所述信号发生器的两个不同的输出端子将所述两个独立的控制信号输出到所述电磁线圈，其中一个所述控制信号用于控制所述电磁线圈上的电流的有效值，另一个所述控制信号用于引起所述阀芯的颤振。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，用于控制所述电磁线圈上的电流的有效值的控制信号和用于引起所述阀芯的颤振的控制信号均为方波。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其中，用于控制所述电磁线圈上的电流的有效值的控制信号与用于引起所述阀芯的颤振的控制信号的周期和幅值相互独立，并且用于引起所述阀芯的颤振的控制信号的有效值为用于控制所述电磁线圈上的电流的有效值的控制信号的有效值的0.05至0.2倍。
4.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的控制系统，其中，在所述两个不同的输出端子与所述电磁线圈之间分别连接有二极管，并且各个所述二极管的负极与所述电磁线圈连接。
5.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的控制系统，其中，所述信号发生器为控制器。
6.一种控制电磁阀的控制方法，该电磁阀包括电磁线圈和阀芯，该方法包括：
产生两个独立的控制信号，其中一个所述控制信号用于控制所述电磁线圈上的电流的有效值，另一个所述控制信号用于引起所述阀芯的颤振；以及
将所述两个独立的控制信号传递到所述电磁线圈。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其中，用于控制所述电磁线圈上的电流的有效值的控制信号和用于引起所述阀芯的颤振的控制信号均为方波。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其中，用于控制所述电磁线圈上的电流的有效值的控制信号与用于引起所述阀芯的颤振的控制信号的周期和幅值相互独立，并且用于引起所述阀芯的颤振的控制信号的有效值为用于控制所述电磁线圈上的电流的有效值的控制信号的有效值的0.05至0.2倍。
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