CN108020778A - 一种电磁阀响应时间的测量方法及系统、计算机设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电磁阀响应时间的测量方法及系统、计算机设备，该包括：获取电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据、电磁阀开启时刻或关闭时刻；分析出所述数据的数据突变点对应的响应时刻；将所述响应时刻减去所述电磁阀开启时刻或关闭时刻，得到电磁阀对应的开启响应时间或关闭响应时间。本发明利用电磁阀是感性负载，负载两端加上电压后，电流按指数规律上升，但是由于阀芯在通电的时刻开始运动，器电感量是变化的，充电曲线不是单纯的指数曲线，在阀芯完全打开时，电流变化率受影响最大，在数据上表现为一个突变点，电磁阀关闭时，也有同样性质。因此只要找到该点，就能方便、快捷地测定电磁阀响应时间。
Description
技术领域
本发明涉及工程测量技术领域，特别涉及一种电磁阀响应时间的测量方法及系统、计算机设备。
背景技术
电磁阀(Electromagnetic valve)是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器，并不限于液压、气动。用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。
电磁阀是由电磁线圈和磁芯组成，是包含一个或几个孔的阀体。当线圈通电或断电时，磁芯的运转将导致流体通过阀体或被切断，以达到改变流体方向的目的。电磁阀的电磁部件由固定铁芯、动铁芯、线圈等部件组成；阀体部分由滑阀芯、滑阀套、弹簧底座等组成。电磁线圈被直接安装在阀体上，阀体被封闭在密封管中，构成一个简洁、紧凑的组合。我们在生产中常用的电磁阀有二位三通、二位四通、二位五通等。这里先说说二位的含义：对于电磁阀来说就是带电和失电，对于所控制的阀门来说就是开和关。
电磁阀通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。
从电磁阀通电或断电开始，到电磁阀实际打开或关闭的这段时间，称为响应时间。电磁阀响应时间是电磁阀的一个重要参数，如何找到一种方案，方便、快捷地测定电磁阀响应时间，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电磁阀响应时间的测量方法及系统、计算机设备，能够方便、快捷地测定电磁阀响应时间。其具体方案如下：
第一方面，本发明提供一种电磁阀响应时间的测量方法，包括：
获取电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据、电磁阀开启时刻或关闭时刻；
分析出所述数据的数据突变点对应的响应时刻；
将所述响应时刻减去所述电磁阀开启时刻或关闭时刻，得到电磁阀对应的开启响应时间或关闭响应时间。
优选地，所述分析出所述数据的数据突变点对应的响应时刻，包括：
利用所述数据生成电流-时间曲线或电压-时间曲线；
从所述电流-时间曲线或所述电压-时间曲线找到数据突变点；
将所述数据突变点对应的时刻确定为开启响应时刻或关闭响应时刻。
优选地，所述从所述电流-时间曲线或所述电压-时间曲线找到数据突变点，包括：
求取电流-时间曲线或所述电压-时间曲线各点的一次导数值，生成第一导数曲线；
将所述第一导数曲线的极小值对应的时刻确定为对应的开启响应时刻或关闭响应时刻。
优选地，所述找到所述第一导数曲线的极小值对应的时刻，包括：
求取所述第一导数曲线各点的导数值，生成第二导数曲线；
将所述第二导数曲线的零点值对应的时刻确定为开启响应时刻或关闭响应时刻。
优选地，所述获取电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据，包括：
在预设时间内通过PCI采集卡采集所述电磁阀开启或关闭后，其两端的电压值对应于时间的数据或流经电磁阀的电流值对应于时间的数据，以及驱动所述电磁阀开启或关闭的驱动信息。
优选地，所述预设时间大于驱动所述电磁阀开启或关闭周期的两倍。
优选地，所述分析出所述数据的数据突变点对应的响应时刻，包括：
在所述电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据顺序取三个等间距的点(p0，p1，p2)，其中，p0为所述数据的第一个点；
求取两点(p0，p1)的斜率Kl，两点(p1，p2)的斜率KR；
将所述Kl，所述KR与设定值K0、K1比较：如果K0≤Kl，K1≥KR时，认为突变点有可能在当前p0到p2区域内，将进入下一步；如果否，则p0、p1、p2的横向坐标右移一个单元，重新取值，进入上一步；
判断当前Kl，当前KR的平均值是否不大于预设平均值；
如果是，则突变点在当前(p0，p2)的范围内，在当前(p0，p2)的范围搜索最小值点，得到突变点。
优选地，
在获取电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据、电磁阀开启时刻或关闭时刻之后，分析出所述数据的数据突变点对应的响应时刻之前，还包括：
对所述数据进行滤波处理。
第二方面，本发明提供一种电磁阀响应时间的测量系统，包括：
数据获取模块，用于获取电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据、电磁阀开启时刻或关闭时刻；
响应分析模块，用于分析出所述数据的数据突变点对应的响应时刻；
时间得到模块，用于将所述响应时刻减去所述电磁阀开启时刻或关闭时刻，得到电磁阀对应的开启响应时间或关闭响应时间。
第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述一种电磁阀响应时间的测量方法的步骤。
本发明提供一种电磁阀响应时间的测量方法，包括：获取电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据、电磁阀开启时刻或关闭时刻；分析出所述数据的数据突变点对应的响应时刻；将所述响应时刻减去所述电磁阀开启时刻或关闭时刻，得到电磁阀对应的开启响应时间或关闭响应时间。
本发明的原理是：电磁阀是感性负载，负载两端加上电压后，电流按指数规律上升，但是由于阀芯在通电的时刻开始运动，器电感量是变化的，充电曲线不是单纯的指数曲线，在阀芯完全打开时，电流变化率受影响最大，在数据上表现为一个突变点，电磁阀关闭时，也有同样性质。因此只要获取到电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据、电磁阀开启时刻或关闭时刻；分析出所述数据的数据突变点对应的响应时刻；将所述响应时刻减去所述电磁阀开启时刻或关闭时刻，从而能得到电磁阀对应的开启响应时间或关闭响应时间。
本发明提供的一种电磁阀响应时间的测量系统、计算机设备也具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明第一种具体实施方式所提供的一种电磁阀响应时间的测量方法的流程图；
图2为本发明一种具体实施方式所提供的一种电磁阀响应时间的测量方法的开启电流曲线图；
图3为本发明一种具体实施方式所提供的一种电磁阀响应时间的测量方法的关闭电压曲线图；
图4为本发明一种具体实施方式所提供的一种电磁阀响应时间的测量方法的突变点查找流程图；
图5为本发明一种具体实施方式所提供的又一种电磁阀响应时间的测量方法的突变点查找流程图；
图6为本发明一种具体实施方式所提供的一种电磁阀响应时间的测量系统的组成示意图。
具体实施方式
本发明的核心是本发明的原理是：利用电磁阀是感性负载，负载两端加上电压后，电流按指数规律上升，但是由于阀芯在通电的时刻开始运动，器电感量是变化的，充电曲线不是单纯的指数曲线，在阀芯完全打开时，电流变化率受影响最大，在数据上表现为一个突变点，电磁阀关闭时，也有同样性质。因此只要获取到电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据、电磁阀开启时刻或关闭时刻；分析出所述数据的数据突变点对应的响应时刻；将所述响应时刻减去所述电磁阀开启时刻或关闭时刻，进而得到电磁阀对应的开启响应时间或关闭响应时间。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
请参考图1，图1为本发明第一种具体实施方式所提供的一种电磁阀响应时间的测量方法的流程图，所述方法包括：
步骤S11：获取电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据、电磁阀开启时刻或关闭时刻。
在本发明的第一种具体实施方式中，本发明实施例所提供的一种电磁阀响应时间的测量方法，首先需要获取电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据、电磁阀开启时刻或关闭时刻，为了获取这些数值，可以具体地，控制电磁阀驱动电路驱动电磁阀按一定的频率和脉宽工作，然后通过信号采集卡采集电磁阀的电流和电压信号对应时间变化的数据。例如，在预设时间内通过PCI采集卡采集所述电磁阀开启或关闭后，其两端的电压值对应于时间的数据或流经电磁阀的电流值对应于时间的数据，以及驱动所述电磁阀开启或关闭的驱动信息；在实际中，电磁阀的响应速度可以达到0.01ms，因此可以设定采样率为1MS/s。
为了在对电磁阀的电流和电压值进行采样时，能够至少采集到一个完整周期的数据，所以可以设定：通过信号采集卡采集电磁阀的电流和电压信号对应时间变化的数据的采样时间为电磁阀动作周期的2倍以上。
步骤S12：分析出所述数据的数据突变点对应的响应时刻。
在采集到电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据、电磁阀开启时刻或关闭时刻后，对数据进行分析。由于电磁阀是感性负载，负载两端加上电压后，电流按指数规律上升，但是由于阀芯在通电的时刻开始运动，器电感量是变化的，充电曲线不是单纯的指数曲线，在阀芯完全打开时，电流或电压变化率受影响最大，在数据上表现为一个突变点，因此只要找到这个突变点就能找到响应时刻。
请参考图2、图3，图2为本发明一种具体实施方式所提供的一种电磁阀响应时间的测量方法的开启电流曲线图；图3为本发明一种具体实施方式所提供的一种电磁阀响应时间的测量方法的关闭电压曲线图。
进一步地，为了分析出所述数据的数据突变点对应的响应时刻，可以采画图的方式，来使得数据突变点更加直观。具体地，可以：
利用所述数据生成电流-时间曲线或电压-时间曲线；
从所述电流-时间曲线或所述电压-时间曲线找到数据突变点；
将所述数据突变点对应的时刻确定为开启响应时刻或关闭响应时刻。
如图2、图3所示，可以在图中大概找出数据突变点，该数据突变点对应的时刻可以确定为对应的开启响应时刻或关闭响应时刻。其中，虚线所对应的时刻就是相应的响应时刻。如图中可以看出，曲线本来比较平滑的向斜上方延伸，然后突然有了一个比较明显的突变点。
步骤S13：将所述响应时刻减去所述电磁阀开启时刻或关闭时刻，得到电磁阀对应的开启响应时间或关闭响应时间。
在找到了响应时刻后，就可以拿响应时刻减去所述电磁阀开启时刻或关闭时刻，得到电磁阀对应的开启响应时间或关闭响应时间。
本发明提供一种电磁阀响应时间的测量方法，包括：获取电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据、电磁阀开启时刻或关闭时刻；分析出所述数据的数据突变点对应的响应时刻；将所述响应时刻减去所述电磁阀开启时刻或关闭时刻，得到电磁阀对应的开启响应时间或关闭响应时间。本发明利用电磁阀是感性负载，负载两端加上电压后，电流按指数规律上升，但是由于阀芯在通电的时刻开始运动，器电感量是变化的，充电曲线不是单纯的指数曲线，在阀芯完全打开时，电流变化率受影响最大，在数据上表现为一个突变点，电磁阀关闭时，也有同样性质。因此只要找到该点，就能方便、快捷地测定电磁阀响应时间。
请参考图4，图4为本发明一种具体实施方式所提供的一种电磁阀响应时间的测量方法的突变点查找流程图。
在上述实施例的基础上，可以进一步地，为了从所述电流-时间曲线或所述电压-时间曲线找到数据突变点，可以运用一定的数据处理方法来精确求取数据突变点。具体地，可以：
步骤S41：求取电流-时间曲线或所述电压-时间曲线各点的一次导数值，生成第一导数曲线；
步骤S42：将所述第一导数曲线的极小值对应的时刻确定为对应的开启响应时刻或关闭响应时刻。
进一步地，为了找到所述第一导数曲线的极小值对应的时刻，可以具体地：
步骤S421：求取所述第一导数曲线各点的导数值，生成第二导数曲线；
步骤S422：将所述第二导数曲线的零点值对应的时刻确定为开启响应时刻或关闭响应时刻。
可以采用如下代码实现一次求导，如图2、图3，所示，可以知道求出的导数图像为一个V字形，极小值对应的时刻就是响应时刻。代码如下：
从而可以计算响应时间：
Ton＝Ti-TDon
Toff＝Tv-TDoff
其中，
Ton：阀芯开启响应时间；
Toff：阀芯关闭响应时间；
Ti：阀芯开启电流突变点时刻；
Tv：阀芯关闭电压突变点时刻；
TDon：阀芯开启驱动信号上升沿时刻；
TDoff：阀芯关闭驱动信号下降沿时刻。
需要指出的是，在上述的实施方式中，由于在采集数据中会有在获取电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据、电磁阀开启时刻或关闭时刻之后，分析出所述数据的数据突变点对应的响应时刻之前，还包括：
对所述数据进行滤波处理。
更进一步地，为了对所述数据进行滤波处理，可以通过LabView软件提供的Savitzky-Golay滤波器对电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据进行滤波处理。减少噪声干扰对数据处理的影响。
值得指出的是，根据实际经验，电磁阀开启时电流信号体现出的数据突变特征较明显；电磁阀关闭时则是电压信号的数据突变特征明显，所以可以优选地：
获取电磁阀开启后的电流值对应于时间的第一数据；分析出所述第一数据的数据突变点对应的开启响应时刻；
将所述开启响应时刻减去所述电磁阀开启时刻，得到电磁阀对应的开启响应时间；
和/或
获取电磁阀关闭后的电压值对应于时间的第二数据；
分析出所述第二数据的数据突变点对应的关闭响应时刻；
将所述关闭响应时刻减去所述电磁阀关闭时刻，得到电磁阀对应的关闭响应时间。
当然，如果在电磁阀开启时采集电压值对应于时间的数据，在电磁阀关闭时采集电流值对应于时间的数据，也能够实现测量电磁阀响应时间的目的，但是由于特征不够明显，可能会产生误判。
请参考图5，图5为本发明一种具体实施方式所提供的又一种电磁阀响应时间的测量方法的突变点查找流程图。
在上述具体实施方式的基础上本发明又提出一种查找突变点的方法，本实施例将中点说明怎样查找突变点，该方法包括：
S51：在所述电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据顺序取三个等间距的点(p0，p1，p2)，初始时p0为所述数据的第一个点。
在去三个等间距的点时，三个点之间的间距可以不能取值太大，根据图2，图3的图像可以知道，第一个点与第三个点之间的横向距离，也就是时间间隔最好在0.2ms左右，以便于后续步骤。
S52：求取两点(p0，p1)的斜率Kl，两点(p1，p2)的斜率KR；
假设p0的坐标为(XP0，YP0)，p1的坐标为(XP1，YP1)，p3的坐标为(XP3，YP3)，则可以求出：
S53：Kl，KR与设定值K0、K1比较：如果K0≤Kl，K1≥KR时，认为突变点有可能在p0～p2区域内，将进入步骤S54；如果否，则p0、p1、p2的横向坐标右移一个单元，重新取值，进入步骤S52。
有一种比较特殊的情况，如果p2已经到达曲线尽头都没有满足条件，则认为本次采集的数据没有突变点，电磁阀没有开启或关闭。
S54：判断Kl，KR的平均值是否不大于预设平均值，；
计算Kl，KR的平均值：
当DC不大于设定值D时，则可以认为突变点在p0～p2区域内；如果否，则认为本次采集的数据没有突变点，电磁阀没有开启或关闭。
S55：如果是,则突变点在当前(p0，p2)的范围内,在当前(p0，p2)的范围搜索最小值点，得到突变点。
搜索当前p0～p2区域内的最小值，即为突变点位置。
请参考图6，图6为本发明一种具体实施方式所提供的一种电磁阀响应时间的测量系统的组成示意图。
本发明提供一种电磁阀响应时间的测量系统600，包括：
数据获取模块601，用于获取电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据、电磁阀开启时刻或关闭时刻；
响应分析模块602，用于分析出所述数据的数据突变点对应的响应时刻；
时间得到模块603，用于将所述响应时刻减去所述电磁阀开启时刻或关闭时刻，得到电磁阀对应的开启响应时间或关闭响应时间。
本发明提供一种计算机设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述任一种实施方式中的电磁阀响应时间的测量方法的步骤。
值得指出的是，在上述各实施例中，可以只测量电磁阀的开启响应时间或者只测量电磁阀的关闭响应时间，当然也可以同时测量两者，都能达到发明目的。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种电磁阀响应时间的测量方法及系统、计算机设备进行了详细介绍，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 (10)
1.一种电磁阀响应时间的测量方法，其特征在于，包括：
获取电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据、电磁阀开启时刻或关闭时刻；
分析出所述数据的数据突变点对应的响应时刻；
将所述响应时刻减去所述电磁阀开启时刻或关闭时刻，得到电磁阀对应的开启响应时间或关闭响应时间。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述分析出所述数据的数据突变点对应的响应时刻，包括：
利用所述数据生成电流-时间曲线或电压-时间曲线；
从所述电流-时间曲线或所述电压-时间曲线找到数据突变点；
将所述数据突变点对应的时刻确定为开启响应时刻或关闭响应时刻。
3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述从所述电流-时间曲线或所述电压-时间曲线找到数据突变点，包括：
求取电流-时间曲线或所述电压-时间曲线各点的一次导数值，生成第一导数曲线；
将所述第一导数曲线的极小值对应的时刻确定为对应的开启响应时刻或关闭响应时刻。
4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述找到所述第一导数曲线的极小值对应的时刻，包括：
求取所述第一导数曲线各点的导数值，生成第二导数曲线；
将所述第二导数曲线的零点值对应的时刻确定为开启响应时刻或关闭响应时刻。
5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述获取电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据，包括：
在预设时间内通过PCI采集卡采集所述电磁阀开启或关闭后，其两端的电压值对应于时间的数据或流经电磁阀的电流值对应于时间的数据，以及驱动所述电磁阀开启或关闭的驱动信息。
6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述预设时间大于驱动所述电磁阀开启或关闭周期的两倍。
7.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述分析出所述数据的数据突变点对应的响应时刻，包括：
在所述电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据顺序取三个等间距的点(p0，p1，p2)，其中，p0为所述数据的第一个点；
求取两点(p0，p1)的斜率Kl，两点(p1，p2)的斜率KR；
将所述Kl，所述KR与设定值K0、K1比较：如果K0≤Kl，K1≥KR时，认为突变点有可能在当前p0到p2区域内，将进入下一步；如果否，则p0、p1、p2的横向坐标右移一个单元，重新取值，进入上一步；
判断当前Kl，当前KR的平均值是否不大于预设平均值；
如果是，则突变点在当前(p0，p2)的范围内，在当前(p0，p2)的范围搜索最小值点，得到突变点。
8.根据权利要求1至6任一项所述的测量方法，其特征在于，
在获取电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据、电磁阀开启时刻或关闭时刻之后，分析出所述数据的数据突变点对应的响应时刻之前，还包括：
对所述数据进行滤波处理。
9.一种电磁阀响应时间的测量系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取电磁阀开启或关闭后的电流值或电压值对应于时间的数据、电磁阀开启时刻或关闭时刻；
响应分析模块，用于分析出所述数据的数据突变点对应的响应时刻；
时间得到模块，用于将所述响应时刻减去所述电磁阀开启时刻或关闭时刻，得到电磁阀对应的开启响应时间或关闭响应时间。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述一种电磁阀响应时间的测量方法的步骤。
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