CN104132178A - 一种基于电磁开关阀的位置随动控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种基于电磁开关阀的位置随动控制方法和系统，方法包括：设置位置设定值S；实时检测执行机构的实际位置值F；设定时间周期T1、T2；设定T1内正向电磁开关阀打开时间t1，T2内反向电磁开关阀打开时间t2；设定切换控制方式误差变量E1，设定系统控制允许误差变量e，实时接收位置设定值S和执行机构的实际位置值F，实时计算位置设定值S与执行机构实际位置值F之间的差值E=S-F，根据所述差值E的正负和绝对值大小发出控制指令；采用所述控制指令控制执行机构实现运动行程。系统包括：位置设定装置、检测传感器、控制器和控制执行装置。实现了位置精确控制，有效解决了电磁开关阀随动控制技术中所出现的“控制震荡”现象。

Description

一种基于电磁开关阀的位置随动控制方法和系统

技术领域

本发明涉及一种位置随动控制方法，更具体的说涉及一种基于电磁开关阀的位置随动控制方法和系统，属于电液控制技术领域。

背景技术

电液位置随动控制为电液控制技术中的一种常用控制方法，由于电磁开关阀具有价格低、结构简单便于选型和维护等优点，因此目前通常采用电磁开关阀实现位置随动控制；即控制装置接收位置设定指令和执行机构的实际位置信号并将两者进行比较，当两者有偏差时，控制装置即时发出控制指令给正向电磁开关阀或者反向电磁开关阀，从而驱动执行机构正向或反向运行，直至位置设定指令与执行机构的实际位置一致。

但是，电磁开关阀响应时间低，当控制装置发出电磁开关阀打开或者关断指令时，电磁开关阀不能立即全部打开或者全部关断，即需要经过一定的时间才能全部打开或者全部关断，因此电磁开关阀动作和控制指令之间具备一定的滞后性。具体过程为：当控制装置接收到位置指令与和执行机构的实际位置不一致时，控制装置发出打开正向电磁开关阀或者反向电磁开关阀指令，驱动控制执行机构正向或者反向运行；当控制装置接收到位置指令与和执行机构的实际位置一致时，控制装置发出关断正向电磁开关阀或者反向电磁开关阀控制指令。而正向或者反向电磁开关阀从全开状态到完全关断需要一定的时间，在正向或者反向电磁开关阀从全开状态到完全关断的这段时间内，往往会导致执行机构继续向正向或者反向运行一段行程，从而导致执行机构实际位置与位置指令再次不一致，从而使得控制装置再次发出打开反向电磁开关阀或者正向电磁开关阀，驱动执行机构向反向或者正向方向调整；上述过程的反复调整最终会造成执行机构出现“控制震荡”现象，即执行机构围绕在位置指令处，不断的进行正向调整和反向调整。为解决上述问题，现有通常的解决方法为增大控制误差，即在正向电磁开关阀或者反向电磁开关阀从全开状态到完全关断的这段时间内，将系统控制误差设定大于执行机构继续向正向或者反向运行的行程；但是，该种解决方法控制误差过大，不适于一些精确进行位置控制的场合。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的采用电磁开关阀实现位置随动控制技术中出现的“控制震荡”现象、及控制误差过大等问题，提供一种基于电磁开关阀的位置随动控制方法和系统。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是： 一种基于电磁开关阀的位置随动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

设置位置设定值S；

实时检测执行机构的实际位置值F；

设定切换控制方式误差变量E1，设定系统控制允许误差变量e，设定时间周期T1、T2，设定时间周期T1内正向电磁开关阀打开时间t1，设定时间周期T2内反向电磁开关阀打开时间t2，实时接收位置设定值S和执行机构的实际位置值F，实时计算位置设定值S与执行机构实际位置值F之间的差值E=S-F，根据所述差值E的正负和绝对值大小发出控制指令，此处的T1大于正向电磁开关阀从完全打开状态至完全关闭状态所需的时间与从完全关闭到完全打开所需要的时间之和，T2大于反向电磁开关阀从完全打开状态至完全关闭状态所需的时间与从完全关闭到完全打开所需要的时间之和；

采用所述控制指令控制执行机构实现运动行程。

所述根据所述差值E的正负和绝对值大小发出控制指令，包括：

当E>0且E>E1时，发出正向电磁开关阀打开控制指令，使得正向电磁开关阀保持完全打开状态，驱动执行机构正向运行；

当E>0且e<E≤E1时，以时间T1为一个周期，在时间周期T1内首先发出正向电磁开关阀关断控制指令关断正向电磁开关阀，使该关断控制指令持续时间为T1-t1，然后在时间T1的剩余时间t1内，发出正向电磁开关阀打开控制指令打开正向电磁开关阀，且t1<T11，T1-t1>T12，T11< T1，此处的T11为正向电磁开关阀从完全关闭状态到完全打开状态所需要的时间，T12为正向电磁开关阀从完全打开状态到完全关闭状态所需要的时间；

当E<0且|E|>E1时，发出反向电磁开关阀打开控制指令，使得反向电磁开关阀保持完全打开状态，驱动执行机构反向运行；

当E<0且e<|E|≤E1时，以时间T2为一个周期，在时间周期T2内首先发出反向电磁开关阀关断控制指令关断反向电磁开关阀，使该关断控制指令持续时间为T2-t2，然后在时间T2的剩余时间t2内，发出反向电磁开关阀打开控制指令打开反向电磁开关阀，且t2<T21，T2-t2>T22，T21<T2，此处的T21为反向电磁开关阀从完全关闭状态到完全打开状态所需要的时间， T22为反向电磁开关阀从完全打开状态到完全关闭状态所需要的时间；

当|E|≤e时，发出正向电磁开关阀和反向电磁开关阀关断控制指令，关断正向电磁开关阀和反向电磁开关阀，结束调整过程。

一种基于电磁开关阀的位置随动控制系统，其特征在于，包括以下部分：

位置设定装置，用于设置位置设定值S；

检测传感器，用于实时检测执行机构的实际位置值F；

控制器，用于设定切换控制方式误差变量E1，用于设定系统控制允许误差变量e，用于设定时间周期T1、T2，用于设定时间周期T1内正向电磁开关阀打开时间t1，用于设定时间周期T2内反向电磁开关阀打开时间t2，用于实时接收位置设定值S和执行机构的实际位置值F，用于实时计算位置设定值S与执行机构的实际位置值F之间的差值E=S-F，用于根据所述差值E的正负和绝对值大小发出控制指令；

控制执行装置，用于采用所述控制指令、控制执行机构实现运动行程。

所述的控制执行装置包括正向电磁开关阀和反向电磁开关阀。

所述的位置设定装置包括位置手柄。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

1、设计新颖，有效解决了电磁开关阀随动控制技术中所出现的“控制震荡”现象。本发明中的一种基于电磁开关阀的位置随动控制方法，当位置设定值与执行机构的实际位置值误差较大时，发出控制指令使得电磁开关阀保持完全打开的状态；而在执行机构的实际位置快接近设定位置处时，通过在某一段时间内控制电磁开关阀的通断时间来逐步逼近至设定位置处，从而有效解决了电磁开关阀随动控制技术中所出现的“控制震荡”现象。

2、本发明的一种基于电磁开关阀的位置随动控制方法中，当E>0且e<E≤E1时，以时间T1为周期发出正向电磁开关阀关断和打开控制指令，使该关断和打开控制指令持续时间分别为T1-t1及t1，上述t1<T11，T1-t1>T12，T11<T1；当E<0且e<|E|≤E1时，以时间T2为周期发出反向电磁开关阀关断和打开控制指令，使该关断和打开控制指令持续时间分别为T2-t2及t2，上述t2<T21，T2-t2>T22，T21<T2，由此实现了位置精确控制，有效解决了现有技术控制精度过低的问题。

附图说明

图1是本发明中一种基于电磁开关阀的位置随动控制方法流程图。

图2是本发明中一种基于电磁开关阀的位置随动控制系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

实施例一

参见图1，一种基于电磁开关阀的位置随动控制方法，当位置设定值与执行机构的实际位置值误差较大时，发出控制指令使得电磁开关阀保持完全打开的状态；而在执行机构的实际位置快接近设定位置处时，通过在某一段时间内控制电磁开关阀的通断时间来逐步逼近至设定位置处，具体包括以下步骤：

步骤10：设置位置设定值S。

步骤20：实时检测执行机构的实际位置值F。

步骤30：设定切换控制方式误差变量E1，设定系统控制允许误差变量e，设定时间周期T1、T2，设定时间周期T1内正向电磁开关阀打开时间t1，设定时间周期T2内反向电磁开关阀打开时间t2，实时接收位置设定值S和执行机构的实际位置值F，实时计算位置设定值S与执行机构实际位置值F之间的差值E=S-F，根据所述差值E的正负和绝对值大小发出控制指令。此处的切换控制方式误差变量E1决定系统调整各过程的转换；此处的系统控制允许误差变量e是系统允许的控制误差，每一个系统都允许有一定控制误差的，在该误差范围内，系统不需要进行调整，在该误差外时，需要根据e与E1的比较值来判断采用哪种方式进行调整，E1和e的值每个系统不同；此处的T1需要大于正向电磁开关阀从完全打开状态至完全关闭状态所需的时间与从完全关闭到完全打开所需要的时间之和，T2则需要大于反向电磁开关阀从完全打开状态至完全关闭状态所需的时间与从完全关闭到完全打开所需要的时间之和。

具体地，所述根据所述差值E的正负和绝对值大小发出控制指令，通过对E与E1之间进行比较发出控制指令，当|E|>E1时，位置设定值S和实际位置值F之间差距较大，需要始终保持电磁开关阀为打开状态，让执行机构保持向位置设定值S位置运行；当e<|E|≤E1时，位置设定值S和实际位置值F之间差距较小，需要以时间T1或T2为周期，通过控制时间周期T1或T2内电磁开关阀的打开和关断时间控制执行机构运行行程，即每个时间周期T1或T2内仅让执行机构运行一段行程，从而控制执行机构运行行程、慢慢逼近位置设定值S处，直到E≤e。具体包括：

当E>0且E>E1时，发出正向电磁开关阀打开控制指令，使得正向电磁开关阀保持完全打开状态，即此时正向电磁开关阀会从关断状态转换至完全打开状态且保持完全打开状态，驱动执行机构正向运行。该过程中，反向电磁开关阀始终处于关断状态。

当E>0且e<E≤E1时，以时间T1为一个周期，在时间周期T1内首先发出正向电磁开关阀关断控制指令关断正向电磁开关阀，使该关断控制指令持续时间为T1-t1，然后在时间T1的剩余时间t1内，发出正向电磁开关阀打开控制指令打开正向电磁开关阀；且t1<T11，T1-t1>T12，T11< T1，此处的T11为正向电磁开关阀从完全关闭状态到完全打开状态所需要的时间，T12为正向电磁阀从完全打开状态到完全关闭状态所需要的时间。该过程中，反向电磁开关阀始终处于关断状态。即每个时间周期T1内让正向电磁开关阀从全部关断状态慢慢打开，且打开状态持续时间为t1，使得在时间t1内，正向电磁开关阀还没有全开就关断了；此处T11和T12的具体值需要根据正向电磁开关阀特性和现场试验测得，并不是每一个系统都是一样的。每次调整过程中，在时间t1及T1-t1内，执行机构正向运动的行程设为s1；此处的s1由机械、液压及加工精度等特性决定，每个系统其值不同。

当E<0且|E|>E1时，发出反向电磁开关阀打开控制指令，使得反向电磁开关阀保持完全打开状态，驱动执行机构反向运行，即此时反向电磁开关阀会从关断状态转换至完全打开状态且保持完全打开状态，驱动执行机构反向运行；该过程中，正向电磁开关阀始终处于关断状态。

当E<0且e<|E|≤E1时，以时间T2为一个周期，在时间周期T2内首先发出反向电磁开关阀关断控制指令关断反向电磁开关阀，使该关断控制指令持续时间为T2-t2，然后在时间T2的剩余时间t2内，发出反向电磁开关阀打开控制指令打开反向电磁开关阀；且t2<T21，T2-t2>T22，T21<T2，此处的T21为反向电磁开关阀从完全关闭状态到完全打开状态所需要的时间， T22为反向电磁开关阀从完全打开状态到完全关闭状态所需要的时间。该过程中，正向电磁开关阀始终处于关断状态。即每个时间周期T2内让反向电磁开关阀从全部关断状态慢慢打开，且打开状态持续时间为t2，使得在时间t2内，反向电磁开关阀还没有全开就关断了；此处T21和T22的具体值需要根据反向电磁开关阀特性和现场试验测得，并不是每一个系统都是一样的。每次调整过程中，在时间t2及T2-t2内，执行机构反向运动的行程设为s2；此处的s2由机械、液压及加工精度等特性决定，每个系统其值不同。

当|E|≤e时，发出正向电磁开关阀和反向电磁开关阀关断控制指令，关断正向电磁开关阀和反向电磁开关阀，结束调整过程。

步骤40：采用所述控制指令控制执行机构实现运动行程。

下面以正向调整过程为例来说明上述过程：

步骤10：设置位置设定值S=60。

步骤20：实时检测执行机构的实际位置值F=40。

步骤30：设定切换控制方式误差变量E1=10，设定系统控制允许误差变量e=2，此处的E1=10、e=2为便于理解设置的假设值；设定时间周期T1、T2，设定时间周期T1内正向电磁开关阀打开时间t1，设定时间周期T2内反向电磁开关阀打开时间t2；实时接收位置设定值S=60和执行机构的实际位置值F=40，实时计算位置设定值S与执行机构实际位置值F之间的差值E=S-F=60-40=20；因为此时E>0，需要进行正向调整，所说发出正向电磁开关阀打开控制指令，驱动执行机构正向运行，具体如下：

当E>E1时，发出正向电磁开关阀打开控制指令，使得正向电磁开关阀保持完全打开状态，驱动执行机构正向运行；该过程中，反向电磁开关阀始终处于关断状态。

当E≤E1=10时，开始以时间T1为周期，为便于理解设时间周期T1=1秒，在1秒的周期内，正向电磁开关阀关断控制指令持续时间为0.6秒、打开控制指令持续时间为0.4秒。因此，在第一个1秒周期内首先发出正向电磁开关阀关断控制指令关断正向电磁开关阀，持续时间0.6秒；由于该时间内正向电磁开关阀由之前的全开状态到达完全关闭状态，执行机构会继续运行行程4，此处的4为便于理解设置的假设值，每个系统不同；所以此时E=S-F=60-50-4=6。在1秒周期剩下的0.4秒时间内，发出正向电磁开关阀打开控制指令，使该打开控制指令持续时间为t1=0.4秒，使得在时间t1=0.4秒内，正向电磁开关阀还没有达到全开状态；在t1=0.4秒时间内，执行机构正向运动的行程为2，此处的2为便于理解设置的假设值，此时E=6-2=4，则经过第一个时间周期T1的调整后，2<4≤10，需要进行第二次调整。在第二个1秒的周期内，首先发出正向电磁开关阀关断控制指令关断正向电磁开关阀，持续时间0.6秒；由于该时间内正向电磁开关阀由之前的半开状态到达完全关闭状态，执行机构会继续运行行程1，此处的1为便于理解设置的假设值，每个系统不同；所以此时E=4-1=3。在1秒周期剩下的0.4秒时间内，发出正向电磁开关阀打开控制指令，使该打开控制指令持续时间为t1=0.4秒，使得在时间t1=0.4秒内，正向电磁开关阀还没有全开就关断了；在t1=0.4秒时间内，执行机构正向运动的行程为2，此处的2为便于理解设置的假设值，此时E=3-2=1，则经过2次调整后，正向调整总量为4+2+1=2=9，使得E=S-F=60-50-9=1。

此时，E=1≤e，满足控制精度要求，发出正向电磁开关阀和反向电磁开关阀关断控制指令，关断正向电磁开关阀和反向电磁开关阀，正向调整过程结束。

步骤40：采用所述控制指令控制执行机构实现运动行程。

实施例二

一种基于电磁开关阀的位置随动控制系统，包括以下部分：

位置设定装置，用于设置位置设定值S；进一步地，所述的位置设定装置包括位置手柄。

检测传感器，用于实时检测执行机构的实际位置值F。

控制器，用于设定切换控制方式误差变量E1，用于设定系统控制允许误差变量e，用于设定时间周期T1、T2，用于设定时间周期T1内正向电磁开关阀打开时间t1，用于设定时间周期T2内反向电磁开关阀打开时间t2，用于实时接收位置设定值S和执行机构的实际位置值F，用于实时计算位置设定值S与执行机构的实际位置值F之间的差值E=S-F，用于根据所述差值E的正负和绝对值大小发出控制指令。

控制执行装置，用于采用所述控制指令、控制执行机构实现运动行程；进一步地，所述的控制执行装置包括正向电磁开关阀和反向电磁开关阀。

所述的位置设定装置通过电缆与控制器电连接，检测传感器通过电缆与控制器电连接，控制执行装置通过电缆与控制器电连接；其中，所述的检测传感器安装在执行机构上，所述的正向电磁开关阀和反向电磁开关阀分别安装在执行机构上。

上述系统在工作时，通过位置设定装置从位置手柄获取位置设定值S，通过检测传感器检测执行机构的实际位置值F，控制器设定切换控制方式误差变量E1和系统控制允许误差变量e，并计算位置设定值S与执行机构的实际位置值F之间的差值E=S-F，根据差值E的正负和绝对值大小发出控制指令；控制执行装置根据控制器确定的控制指令、通过正向电磁开关阀或者反向电磁开关阀控制执行机构行程。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于电磁开关阀的位置随动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

设置位置设定值S；

实时检测执行机构的实际位置值F；

设定切换控制方式误差变量E1，设定系统控制允许误差变量e，设定时间周期T1、T2，设定时间周期T1内正向电磁开关阀打开时间t1，设定时间周期T2内反向电磁开关阀打开时间t2，实时接收位置设定值S和执行机构的实际位置值F，实时计算位置设定值S与执行机构实际位置值F之间的差值E=S-F，根据所述差值E的正负和绝对值大小发出控制指令，此处的T1大于正向电磁开关阀从完全打开状态至完全关闭状态所需的时间与从完全关闭到完全打开所需要的时间之和，T2大于反向电磁开关阀从完全打开状态至完全关闭状态所需的时间与从完全关闭到完全打开所需要的时间之和；

采用所述控制指令控制执行机构实现运动行程。

2.根据权利要求1所述的一种基于电磁开关阀的位置随动控制方法，其特征在于，所述根据所述差值E的正负和绝对值大小发出控制指令，包括：

当E>0且E>E1时，发出正向电磁开关阀打开控制指令，使得正向电磁开关阀保持完全打开状态，驱动执行机构正向运行；

当E>0且e<E≤E1时，以时间T1为一个周期，在时间周期T1内首先发出正向电磁开关阀关断控制指令关断正向电磁开关阀，使该关断控制指令持续时间为T1-t1，然后在时间T1的剩余时间t1内，发出正向电磁开关阀打开控制指令打开正向电磁开关阀，且t1<T11，T1-t1>T12，T11< T1，此处的T11为正向电磁开关阀从完全关闭状态到完全打开状态所需要的时间，T12为正向电磁开关阀从完全打开状态到完全关闭状态所需要的时间；

当E<0且|E|>E1时，发出反向电磁开关阀打开控制指令，使得反向电磁开关阀保持完全打开状态，驱动执行机构反向运行；

当E<0且e<|E|≤E1时，以时间T2为一个周期，在时间周期T2内首先发出反向电磁开关阀关断控制指令关断反向电磁开关阀，使该关断控制指令持续时间为T2-t2，然后在时间T2的剩余时间t2内，发出反向电磁开关阀打开控制指令打开反向电磁开关阀，且t2<T21，T2-t2>T22，T21<T2，此处的T21为反向电磁开关阀从完全关闭状态到完全打开状态所需要的时间， T22为反向电磁开关阀从完全打开状态到完全关闭状态所需要的时间；

当|E|≤e时，发出正向电磁开关阀和反向电磁开关阀关断控制指令，关断正向电磁开关阀和反向电磁开关阀，结束调整过程。

3.一种基于电磁开关阀的位置随动控制系统，其特征在于，包括以下部分：

位置设定装置，用于设置位置设定值S；

检测传感器，用于实时检测执行机构的实际位置值F；

控制器，用于设定切换控制方式误差变量E1，用于设定系统控制允许误差变量e，用于设定时间周期T1、T2，用于设定时间周期T1内正向电磁开关阀打开时间t1，用于设定时间周期T2内反向电磁开关阀打开时间t2，用于实时接收位置设定值S和执行机构的实际位置值F，用于实时计算位置设定值S与执行机构的实际位置值F之间的差值E=S-F，用于根据所述差值E的正负和绝对值大小发出控制指令；

控制执行装置，用于采用所述控制指令、控制执行机构实现运动行程。

4.根据权利要求3所述的一种基于电磁开关阀的位置随动控制系统，其特征在于：所述的控制执行装置包括正向电磁开关阀和反向电磁开关阀。

5.根据权利要求3所述的一种基于电磁开关阀的位置随动控制系统，其特征在于：所述的位置设定装置包括位置手柄。