CN104482269B - 一种压电阀的精确控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种压电阀的精确控制方法及系统，该方法及系统应用于气动阀门执行机构。该方法及系统首先获取该气动阀门执行机构的当前开度；然后判断当前开度与目标开度之间的开度距离是否大于预设的开度阈值；如大于该开度阈值则对该压电阀采取全开控制方法或全关控制方法；如小于该开度阈值则向压电阀输入预设的微驱动电压，微驱动电压大于0伏小于压电阀的控制电压的正常工作的电压范围的最大值。本控制方法及系统能够使气动阀门执行机构以较高的速度向目标开度运动，也就能够使气动阀门执行机构在兼顾控制速度的基础上避免阀位过冲。

Description

一种压电阀的精确控制方法及系统

技术领域

本申请涉及自动控制技术领域，更具体地说，涉及一种压电阀的精确控制方法及系统。

背景技术

气动阀门广泛应用于对于气体管路或液体管路进行开关操作或开度控制等应用场景，气动阀门执行机构用于对气动阀门进行驱动。在对气动阀门执行机构的控制上一般采用压电阀，利用控制电压驱动压电阀动作，压电阀带动执行机构对气动阀门实现开关操作或开度控制。

目前，在利用压电阀对气动阀门执行机构进行快速控制时，需要提高控制速度，这时就会导致阀位过冲；如要避免阀位过冲则需要降低控制速度，则又无法实现快速控制的目的。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种压电阀的精确控制方法及系统，用于使压电阀即能够对气动阀门执行机构进行快速控制，又能避免阀位过冲。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种压电阀的精确控制方法，应用于气动阀门执行机构，包括：

获取所述气动阀门执行机构的当前开度；

将所述当前开度与目标开度的距离作为开度距离；判断所述开度距离是否大于预设的开度阈值；

当所述开度距离大于所述开度阈值时，对所述压电阀采用全开控制方法或全关控制方法；

当所述开度距离小于所述开度阈值时，向所述压电阀输入预设的微驱动电压，所述微驱动电压大于0伏小于所述压电阀的控制电压的电压范围的最大值。

优选的，所述对所述压电阀采用全开控制方法或全关控制方法，包括：

向所述压电阀输入电压值为所述电压范围的最大值或0伏的驱动电压。

一种压电阀的精确控制系统，应用于气动阀门执行机构，包括：

开度检测模块，用于获取所述气动阀门执行机构的当前开度；

处理器，用于将所述当前开度与目标开度的距离作为开度距离，并判断所述开度距离是否大于预设的开度阈值；当所述开度距离大于所述开度阈值时，输出全开控制信号或全关控制信号，当所述开度距离小于所述开度阈值时输出微控制信号；

所述全开控制信号为占空比为100％的脉宽调制波，所述全关控制信号为占空比为0％的脉宽调制波，所述微控制信号为占空比大于0％且小于100％的脉宽调制波；

第一控制输出电路，分别与所述处理器的一个信号输出端、所述压电阀的一个驱动电压输入端相连接，用于根据所述全开控制信号输出全开驱动电压、根据所述全关控制信号输出全关驱动电压或根据所述微控制信号输出电压值大于所述全关驱动电压小于所述全开驱动电压的驱动电压。

优选的，所述第一控制输出电路包括：

RC积分电路，用于根据所述脉宽调制波输出模拟控制信号；

放大电路，用于根据所述模拟控制信号输出所述全开驱动电压、所述全关驱动电压或电压值大于所述全关驱动电压且小于所述全开驱动电压的驱动电压。

优选的，所述RC积分电路包括：

第一电阻，一端与所述处理器的所述信号输出端相连接、另一端用于输出所述模拟控制信号；

电容，一端与所述第一电阻的另一端相连接、另一端接地。

优选的，所述放大电路为正向放大电路。

优选的，所述正向放大电路包括：

运算放大器，其正向输入端用于接收所述模拟控制信号、其输出端作为所述正向放大电路的信号输出端；

第二电阻，一端与所述运算放大器的反向输入端相连接、另一端接地；

第三电阻，两端分别与所述运算放大器的输出端、反向输入端相连接。

优选的，所述正向放大电路还包括：

滤波磁珠，设置在所述运算放大电路的输出端。

优选的，还包括：

结构与所述第一控制输出电路相同的第二控制输出电路，分别与所述处理器的另一个信号输出端、所述压电阀的另一个驱动电压输入端相连接，用于当所述第一控制输出电路输出全关驱动电压时，向所述另一个驱动电压输出端输出电压值为所述电压范围的最大值的驱动电压。

优选的，还包括：

输入模块，与所述处理器相连接，用于接收标定数据对所述开度阈值进行标定。

从上述技术方案可以看出，本申请提供了一种压电阀的精确控制方法及系统，该方法及系统应用于气动阀门执行机构。该方法及系统首先获取该气动阀门执行机构的当前开度；然后判断当前开度与目标开度之间的开度距离是否大于预设的开度阈值；如大于该开度阈值则对该压电阀采取全开控制方法或全关控制方法；如小于该开度阈值则向压电阀输入预设的微驱动电压，微驱动电压大于0伏小于压电阀的控制电压的正常工作的电压范围的最大值。由于本控制方法及系统在开度距离大于开度阈值时采用全开控制方法或全关控制方法，使气动阀门执行机构以较快速度向目标开度靠近，在开度距离小于该开度阈值时向压电阀输入预设的微驱动电压，使气动阀门执行机构以较低的速度向目标开度运动，从而当前开度达到目标开度时能够及时停住，也就能够使气动阀门执行机构在兼顾控制速度的基础上避免阀位过冲。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的一种压电阀的精确控制方法的流程图；

图2为本申请另一实施例提供的一种压电阀的精确控制系统的结构图；

图3为本申请又一实施例提供的一种压电阀的精确控制系统的结构图；

图4为本申请又一实施例提供的一种压电阀的精确控制系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

图1为本申请实施例提供的一种压电阀的精确控制方法的流程图。

如图1所示，本实施例提供的压电阀的精确控制方法应用于气动阀门执行机构，包括如下步骤：

S101：获取气动阀门执行机构的当前开度。

S102：判断开度距离是否大于开度阈值。

所谓开度阈值为提前确定的一个阈值，在当前开度与目标开度距离的距离小于该阈值时说明当前开度已经距离目标开度很近了，如果继续以较快速度进行调节就会因执行机构的惯性出现超调，即阀位过冲。

将上一步骤获取的当前开度与控制所要达到的目标开度进行求差，将该差值作为开度距离。判断该开度距离是否大于该开度阈值，根据判断结果选择下面的执行步骤。

S103：对压电阀采用全开控制方法或全关控制方法。

如开度距离大于预设的开度阈值时，说明此时当前开度距离目标开度较远，因此利用全开控制方法或全关控制方法对压电阀进行控制。

全开控制方法是在需要将当前开度增大以靠近目标开度时，将向压电阀输入的驱动电压控制在压电阀正常工作时可以输入的最大驱动电压，即正常工作电压的电压范围的最大值；全关控制方法与全关控制方法相反，是在需要将当前开度减小以靠近该目标开度时，向压电阀输入0伏电压作为驱动电压。

S104：向压电阀输入微驱动电压。

所谓微驱动电压时指控制压电阀以较慢动作向目标开度靠近，以避免过冲。该微驱动电压为电压值大于0伏小于上述的最大值之间的驱动电压，具体数值可根据实际工作环境或经验进行确定。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种压电阀的精确控制方法，该方法应用于气动阀门执行机构。该方法首先获取该气动阀门执行机构的当前开度；然后判断当前开度与目标开度之间的开度距离是否大于预设的开度阈值；如大于该开度阈值则对该压电阀采取全开控制方法或全关控制方法；如小于该开度阈值则向压电阀输入预设的微驱动电压，微驱动电压大于0伏小于压电阀的控制电压的正常工作的电压范围的最大值。由于本控制方法在开度距离大于开度阈值时采用全开控制方法或全关控制方法，使气动阀门执行机构以较快速度向目标开度靠近，在开度距离小于该开度阈值时向压电阀输入预设的微驱动电压，使气动阀门执行机构以较低的速度向目标开度运动，从而当前开度达到目标开度时能够及时停住，也就能够使气动阀门执行机构在兼顾控制速度的基础上避免阀位过冲。

实施例二

图2为本申请另一实施例提供的一种压电阀的精确控制系统的结构图。

如图2所示，本申请实施例提供的压电阀的精确控制系统包括开度检测模块10、处理器20和第一控制输出电路30，开度检测模块10的信号输出端与处理器20相连接，处理器20的一个信号输出端与第一控制输出电路30的信号输入端相连接，第一控制输出电路30的信号输出端与压电阀100的一个驱动电压输入端相连接。

开度检测模块10用于对气动阀门执行机构的开度进行检测，并根据检测结果向处理器20输出当前开度。

处理器20用于判断开度距离是否大于开度阈值。

所谓开度阈值为提前确定的一个阈值，在当前开度距离目标开度小于该阈值时说明当前开度已经距离目标开度很近了，如果继续以较快速度进行调节就会因执行机构的惯性出现超调，即阀位过冲。

因此，处理器20将获取的当前开度与控制所要达到的目标开度进行求差，其值即为上述的开度距离，进而判断该开度距离是否大于该开度阈值。如果开度距离大于该开度阈值则输出全开控制信号或全关控制信号；如果开度距离小于开度阈值则输出微控制信号。

上述全开控制信号为占空比为100％的脉宽调制波，全关控制信号为占空比为0％的脉宽调制波，微控制信号为占空比大于0％小于100％的脉宽调制波。

在需要将当前开度增大以靠近目标开度时，输出全开控制信号，即占空比为100％的脉宽调制波；在需要将当前开度减小以靠近该目标开度时，输出全关控制信号，即占空比为0％的脉宽调制波。

第一控制输出电路30用于根据处理器20输出的全开控制信号输出全开驱动电压、根据全关控制信号输出全关驱动电压、根据微控制信号输出电压值大于全关驱动电压且小于全开驱动电压的驱动电压。

例如，该压电阀的控制电压范围为0～24伏，则全开驱动电压为24伏，全关驱动电压为0伏，而与该微控制信号对应的驱动电压为0～24伏之间的一个值，该值根据经验和实践确定。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种压电阀的精确控制系统，该系统应用于气动阀门执行机构，包括开度检测模块、处理器和第一控制输出电路。开度获取模块用于获取该气动阀门执行机构的当前开度；处理器用于判断当前开度与目标开度之间的开度距离是否大于预设的开度阈值，如大于该开度阈值则输出全开控制信号或全关控制信号，如小于该开度阈值则输出输出微控制信号；第一控制输出电路用于根据全开控制信号向压电阀输出全开驱动电压、根据全关控制信号向压电阀输出全关驱动电压或者根据微控制信号向压电阀输出大于全关驱动电压小于全开驱动电压的驱动电压。由于本控制系统在开度距离大于开度阈值时向压电阀输出全开驱动电压或全关驱动电压，使压电阀驱动气动阀门执行机构以较快速度向目标开度靠近，在开度距离小于该开度阈值时向压电阀输入预设的微驱动电压，使压电阀驱动气动阀门执行机构以较低的速度向目标开度靠近，从而当前开度达到目标开度时能够及时停住，也就能够使压电阀在兼顾控制速度的基础上避免阀位过冲。

本实施例的第一控制输出电路30包括RC积分电路和放大电路，RC积分电路用于根据处理器输出的脉宽调制波输出模拟控制信号；放大电路用于对模拟控制信号进行放大后输出全开驱动电压、全关驱动电压或电压值大于全关驱动电压且小于全开驱动电压的驱动电压。

RC积分电路包括第一电阻R1和电容C，第一电阻的R1一端与处理器20的信号输出端相连接、另一端用于输出该模拟控制信号；电容C的一端与第一电阻R1的另一端相连接、另一端接地。

该放大电路优选正向放大电路，该正向放大电路包括第二电阻R2、第三电阻R3和运算放大器U。运算放大器U的正向输入端与第一电阻R1的另一端相连接，用于接收RC积分电路输出的模拟控制信号，其输出端作为正向放大电路的信号输出端，用于输出驱动电压；第二电阻R2的一端与运算放大器U的反向输入端相连接、另一端接地；第三电阻R3的两端分别与运算放大器U的输出端、反向输入端相连接。

在正向放大电路的输出端上还设置有滤波磁珠L，用于对输出端输出的驱动电压进行滤波优化。

实施例三

图3为本申请又一实施例提供的一种压电阀的精确控制系统的结构图。

如图3所示，本实施例提供的压电阀的精确控制系统是在上一实施例的基础上增设了第二控制输出电路40。

该第二控制输出电路40与第一控制输出电路30的结构完全相同，其信号输入端与处理器20的另一个信号输出端相连接、信号输出端与压电阀100的另一个驱动电压输入端相连接。第二控制输出电路50用于当第一控制输出电路30输出全关驱动电压时，向压电阀100另一个驱动电压输出端输出电压值为压电阀100的控制电压的电压范围的最大值的驱动电压，即向压电阀100施加反向电压，从而可以加快压电阀100的动作速度，其余时刻则输出0伏电压，以替代上一实施例的接地连接。

实施例四

图4为本申请又一实施例提供的一种压电阀的精确控制系统的结构图。

如图4所示，本实施例提供的压电阀的精确控制系统是在上一实施例的基础上增设了输入模块50。

该输入模块40与处理器20相连接，用于接收标定数据以对处理器20内预设的开度阈值进行标定，从而时本精确控制系统能够更好地避免阀位过冲。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种压电阀的精确控制方法，应用于气动阀门执行机构，其特征在于，包括：

获取所述气动阀门执行机构的当前开度；

将所述当前开度与目标开度的距离作为开度距离；判断所述开度距离是否大于预设的开度阈值；

当所述开度距离大于所述开度阈值时，对所述压电阀采用全开控制方法或全关控制方法；

当所述开度距离小于所述开度阈值时，向所述压电阀输入预设的微驱动电压，所述微驱动电压大于0伏小于所述压电阀的控制电压的电压范围的最大值。

2.如权利要求1所述的精确控制方法，其特征在于，所述对所述压电阀采用全开控制方法或全关控制方法，包括：

向所述压电阀输入电压值为所述电压范围的最大值或0伏的驱动电压。

3.一种压电阀的精确控制系统，应用于气动阀门执行机构，其特征在于，包括：

开度检测模块，用于获取所述气动阀门执行机构的当前开度；

处理器，用于将所述当前开度与目标开度的距离作为开度距离，并判断所述开度距离是否大于预设的开度阈值；当所述开度距离大于所述开度阈值时，输出全开控制信号或全关控制信号，当所述开度距离小于所述开度阈值时输出微控制信号；

所述全开控制信号为占空比为100％的脉宽调制波，所述全关控制信号为占空比为0％的脉宽调制波，所述微控制信号为占空比大于0％且小于100％的脉宽调制波；

第一控制输出电路，分别与所述处理器的一个信号输出端、所述压电阀的一个驱动电压输入端相连接，用于根据所述全开控制信号输出全开驱动电压、根据所述全关控制信号输出全关驱动电压或根据所述微控制信号输出电压值大于所述全关驱动电压小于所述全开驱动电压的驱动电压。

4.如权利要求3所述的精确控制系统，其特征在于，所述第一控制输出电路包括：

RC积分电路，用于根据所述脉宽调制波输出模拟控制信号；

放大电路，用于根据所述模拟控制信号输出所述全开驱动电压、所述全关驱动电压或电压值大于所述全关驱动电压且小于所述全开驱动电压的驱动电压。

5.如权利要求4所述的精确控制系统，其特征在于，所述RC积分电路包括：

第一电阻，一端与所述处理器的所述信号输出端相连接、另一端用于输出所述模拟控制信号；

电容，一端与所述第一电阻的另一端相连接、另一端接地。

6.如权利要求4所述的精确控制系统，其特征在于，所述放大电路为正向放大电路。

7.如权利要求6所述的精确控制系统，其特征在于，所述正向放大电路包括：

运算放大器，其正向输入端用于接收所述模拟控制信号、其输出端作为所述正向放大电路的信号输出端；

第二电阻，一端与所述运算放大器的反向输入端相连接、另一端接地；

第三电阻，两端分别与所述运算放大器的输出端、反向输入端相连接。

8.如权利要求7所述的精确控制系统，其特征在于，所述正向放大电路还包括：

滤波磁珠，设置在所述运算放大器的输出端。

9.如权利要求8所述的精确控制系统，其特征在于，还包括：

结构与所述第一控制输出电路相同的第二控制输出电路，分别与所述处理器的另一个信号输出端、所述压电阀的另一个驱动电压输入端相连接，用于当所述第一控制输出电路输出全关驱动电压时，向所述另一个驱动电压输出端输出电压值为所述压电阀的控制电压的电压范围的最大值的驱动电压。

10.如权利要求3～9任一项所述的精确控制系统，其特征在于，还包括：

输入模块，与所述处理器相连接，用于接收标定数据对所述开度阈值进行标定。