CN110107726B - 一种减少开关电磁阀关闭时延的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减少开关电磁阀关闭时延的控制方法，是根据开关电磁阀在工作中的响应需求，通过控制器输出反向脉冲电压信号与原开关控制信号叠加形成的新开关控制信号控制开关电磁阀，从而缩短开关电磁阀的关闭时延。本发明能实现开关电磁阀的快速关闭，提高其工作效率。

Description

一种减少开关电磁阀关闭时延的控制方法

技术领域

本发明涉及电磁阀控制领域，具体是一种减少开关电磁阀关闭时延的控制方法。

背景技术

电磁阀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，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。为配合不同的电路来实现预期的控制，电磁阀的控制精度和灵活性都要能够保证。

根据楞次定律的效应，感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。当控制开关电磁阀的电压已经为零，由于感应电流仍存在将影响开关电磁阀的关闭时间，导致开关电磁阀在工作过程中关闭不及时，降低了开关电磁阀的控制精度，进而影响其配套产品的工作效果。

目前国内一些开关电磁阀配套产品的控制精度受生产技艺限制，控制过程无法达到理想效果，究其原因，开关电磁阀关闭时延未能达到技术要求，导致无法精确控制开关电磁阀的流量变化和实时关闭。而从开关电磁阀的制造工艺着手解决开关电磁阀关闭时延问题，制造精度要求较高，成本较大，难度大，工程推广应用性不强。

发明内容

本发明为避免上述现有技术所存在的不足之处，提出一种减少开关电磁阀关闭时延的控制方法，以期能缩短开关电磁阀的关闭时延，实现开关电磁阀的快速关闭，并提高其工作效率。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种减少开关电磁阀关闭时延的控制方法的特点是按以下步骤进行：

步骤1、监测开关电磁阀的开关控制信号状态；

步骤2、若开关控制信号由高电平下降为低电平，并产生下降沿信号，则执行步骤3；否则，返回步骤1；

步骤3、根据开关电磁阀的硬件驱动电路输出的反向电压幅值范围，选取反向电压幅值的最大值作为反向脉冲电压信号的幅值A；

步骤4、确定幅值为A的反向脉冲电压信号的脉冲宽度nΔt；

步骤5、将幅值为A、脉冲宽度为nΔt的反向脉冲电压信号与原开关电磁阀的开关控制信号进行叠加，得到新开关控制信号；

步骤6、利用所述新开关控制信号控制开关电磁阀关闭。

本发明所述的减少开关电磁阀关闭时延的控制方法的特点也在于，所述步骤4是按如下过程进行：

步骤a、设定反向脉冲电压信号的脉冲宽度的单位变化差值为Δt，设定测试次数为n，并初始化n＝1；则第n次测试的反向脉冲电压信号的脉冲宽度为nΔt；

令开关电磁阀的初始关闭时间为t₀，并作为第0次测试的开关电磁阀的关闭时间；

定义计数器g，并初始化g＝0；

步骤b、在第n次测试中，设定幅值为A、脉冲宽度为nΔt的反向脉冲电压信号与原开关控制信号进行叠加，得到第n次测试的新开关控制信号后驱动开关电磁阀关闭，并记录第n次测试中开关电磁阀的关闭时间；

步骤c、判断第n次测试时，开关电磁阀的关闭时间是否等于第n-1次测试中开关电磁阀的关闭时间；若是，则令计数器g自加1，并执行步骤d；否则，将计数器g清零，将n+1赋值给n后，并返回步骤b；

步骤d、判断g＝2是否成立，若成立，则将第n-2次测试时，反向脉冲电压信号的脉冲宽度(n-2)Δt为测试确定的反向脉冲电压信号的脉冲宽度，否则，将n+1赋值给n后，返回步骤b。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明通过控制器控制器输出提供反向脉冲电压信号控制开关电磁阀，减少了开关电磁阀的关闭时延，实现了开关电磁阀的快速关闭，从而提高了其配套产品的控制精度及工作效率。

2、本发明在确定新开关控制信号的方法中，根据测试结果确定反向脉冲电压信号的脉冲宽度，获得了开关电磁阀的最短关闭时间的反向脉冲电压信号的脉冲宽度，进一步减少了开关电磁阀的关闭延时。且实验过程可操作性强。

3、本发明在实现开关电磁阀的快速关闭的控制过程中，根据控制器监测开关电磁阀的开关控制信号状态，添加新开关控制信号控制电磁阀关闭，控制过程简单可靠。且无需增加其他工作装置，降低了高速开关电磁阀的硬件驱动电路成本，工程推广应用性更强。在保证工作质量的同时大大降低了技术成本。

附图说明

图1为现有控制方法的电压信号波形图；

图2为本发明控制方法的电压信号波形图；

图中标号：T_all为开关电磁阀工作的一个周期，T_on为开关电磁阀保持打开状态的时间，T_decay为反向脉冲电压信号的脉冲宽度，t_k为开关电磁阀开始打开时刻，t_g为开关电磁阀开始关闭时刻，t_wg为开关电磁阀完全关闭时刻。

具体实施方式

本实施例中，一种减少开关电磁阀关闭时延的控制方法，根据开关电磁阀在工作中的响应需求，通过控制器输出反向脉冲电压信号与原开关控制信号叠加形成的新开关控制信号控制开关电磁阀，从而缩短了开关电磁阀的关闭时延，实现了开关电磁阀的快速关闭，提高了其工作效率。

参阅图1，现有控制方法是当开关电磁阀工作至开始关闭时刻t_g，开关电磁阀的电压立即将为0，然而根据楞次定律的效应，感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，虽然控制开关电磁阀的电压已经为零，然而感应电流的存在将影响开关电磁阀的关闭时间，导致开关电磁阀在工作过程中关闭不及时，降低了开关电磁阀的控制精度。

参阅图2，为了减弱感应电流的影响，本发明中添加反向脉冲电压与原开关控制电压叠加，利用反向电流加快消除感应电磁力。

当开关电磁阀工作至开始关闭时刻t_g，将幅值为A、脉冲宽度为T_decay的反向脉冲电压信号与原开关电磁阀的开关控制信号进行叠加，得到新开关控制信号，并利用新开关控制信号控制开关电磁阀关闭。

具体实施过程中，一种减少开关电磁阀关闭时延的控制方法是按以下步骤进行：

步骤1、监测开关电磁阀的开关控制信号状态；

步骤2、在控制过程中必须确定反向脉冲电压信号与原开关控制信号叠加的时刻t_g，否则将会导致控制失稳，所以在具体实施过程中若开关控制信号，由高电平下降为低电平，并产生下降沿信号，则执行步骤3；否则，返回步骤1；

步骤3、根据开关电磁阀的硬件驱动电路输出的反向电压幅值范围，添加反向电压幅值越大，产生的反向电流就越大，有利于加快消除感应电流的影响，为保证控制效果的最优化，选取反向电压幅值的最大值作为反向脉冲电压信号的幅值A；

步骤4、确定幅值为A的反向脉冲电压信号的脉冲宽度nΔt；

根据实验确定反向脉冲电压信号的脉冲宽度，由于反向脉冲电压信号的脉冲宽度影响新控制信号的控制效果，脉冲宽度过小，减少开关电磁阀关闭时延的效果就较差，无法达到理想要求，脉冲宽度过大，新的控制信号在一个周期内持续时间过长，反向脉冲电压处于饱和状态，所以在控制过程中，必须确定最佳反向脉冲电压信号的脉冲宽度；

具体的说，幅值为A的反向脉冲电压信号的脉冲宽度nΔt是按如下方法确定的：

步骤a、设定反向脉冲电压信号的脉冲宽度的单位变化差值为Δt，设定测试次数为n，并初始化n＝1；则第n次测试的反向脉冲电压信号的脉冲宽度为nΔt；

令开关电磁阀的初始关闭时间为t₀，并作为第0次测试的开关电磁阀的关闭时间；

定义计数器g，并初始化g＝0；

步骤b、在第n次测试中，设定幅值为A、脉冲宽度为nΔt的反向脉冲电压信号与原开关控制信号进行叠加，得到第n次测试的新开关控制信号后驱动开关电磁阀关闭，并记录第n次测试中开关电磁阀的关闭时间，通过记录开关电磁阀的关闭时间，选取关闭时间最短的某次实验所确定脉冲宽度作为最佳反向脉冲电压信号的脉冲宽度；

步骤c、判断第n次测试时，开关电磁阀的关闭时间是否等于第n-1次测试中开关电磁阀的关闭时间；若是，则令计数器g自加1，由于开关电磁阀的关闭时间等于上一次测试中开关电磁阀的关闭时间，说明此次试验设置的脉冲宽度所达到的效果与上次相同，因此实验已接近所要确定的脉冲宽度，并执行步骤d；否则，将计数器g清零，将n+1赋值给n后，并返回步骤b；

步骤d、为解决开关电磁阀工作时波动干扰问题，当实验中开关电磁阀的关闭时间与前一次关闭时间第一次相等时，则继续增加脉冲宽度进行下一次试验，若下一次试验开关电磁阀的关闭时间仍与与前一次关闭时间相等，则可确定最佳脉冲宽度，反之，则重复上述步骤。因此判断g＝2是否成立若成立，则将第n-2次测试时，反向脉冲电压信号的脉冲宽度(n-2)Δt为测试确定的反向脉冲电压信号的脉冲宽度，否则，将n+1赋值给n后，返回步骤b；

步骤5、将幅值为A、脉冲宽度为nΔt的反向脉冲电压信号与原开关电磁阀的开关控制信号进行叠加，得到新开关控制信号；

具体的说，将幅值为A、脉冲宽度为nΔt的反向脉冲电压信号与原开关电磁阀的开关控制信号进行叠加的方法按如下方法确定的：

当监测到开关电磁阀的开关控制信号由高电平下降为低电平，并产生下降沿信号，控制器中的反向器元件工作，将输入的开关控制信号的相位反转180度形成反向脉冲电压信号，并与原开关电磁阀的开关控制信号进行叠加控制开关电磁阀。

步骤6、利用新开关控制信号控制开关电磁阀关闭。

实施例：本实施例使用本发明的控制方法对某型号电磁阀进行关闭控制，具体控制过程如下：

该型号开关电磁阀的参数如下：额定工作电压为12V，线圈匝数为300匝，动衔铁直径为8mm，阀芯最大位移为1.5mm，运动质量为0.0042kg，线圈电阻为5，弹簧预压缩量为2.3mm，弹簧刚度为730N·m-1，黏性阻尼系数为2.3N·m·s-1，液动力系数为0.006×2E6N·m-1。

在现有控制方法下，电磁阀控制信号如图1所示，控制器监测开关电磁阀的开关控制信号状态，当开关控制信号由高电平下降为低电平，并产生下降沿信号，立即将12V开关控制电压降为0，完成开关电磁阀的关闭，得到电磁阀的关闭时间为15ms。

在本发明控制方法下，电磁阀控制信号如图2所示，首先，控制器监测开关电磁阀的开关控制信号状态，当开关控制信号由高电平下降为低电平，并产生下降沿信号，根据反向脉冲电压信号的脉冲宽度的确定方法，开关电磁阀的硬件驱动电路输出的-12V、脉冲宽度3ms的反向脉冲电压信号与原开关电磁阀的12V开关控制电压信号进行叠加，作为新开关控制信号控制电磁阀关闭，得到开关电磁阀关闭时间为11ms；

综上所述，本发明中的控制方法通过控制器控制器输出提供反向脉冲电压信号控制开关电磁阀，减少了开关电磁阀的关闭时延，实现了开关电磁阀的快速关闭。

Claims (1)

1.一种减少开关电磁阀关闭时延的控制方法，其特征是按以下步骤进行：

步骤1、监测开关电磁阀的开关控制信号状态；

步骤2、若开关控制信号由高电平下降为低电平，并产生下降沿信号，则执行步骤3；否则，返回步骤1；

步骤3、根据开关电磁阀的硬件驱动电路输出的反向电压幅值范围，选取反向电压幅值的最大值作为反向脉冲电压信号的幅值A；

步骤4、确定幅值为A的反向脉冲电压信号的脉冲宽度nΔt；

步骤a、设定反向脉冲电压信号的脉冲宽度的单位变化差值为Δt，设定测试次数为n，并初始化n＝1；则第n次测试的反向脉冲电压信号的脉冲宽度为nΔt；

令开关电磁阀的初始关闭时间为t₀，并作为第0次测试的开关电磁阀的关闭时间；

定义计数器g，并初始化g＝0；

步骤b、在第n次测试中，设定幅值为A、脉冲宽度为nΔt的反向脉冲电压信号与原开关控制信号进行叠加，得到第n次测试的新开关控制信号后驱动开关电磁阀关闭，并记录第n次测试中开关电磁阀的关闭时间；

步骤c、判断第n次测试时，开关电磁阀的关闭时间是否等于第n-1次测试中开关电磁阀的关闭时间；若是，则令计数器g自加1，并执行步骤d；否则，将计数器g清零，将n+1赋值给n后，并返回步骤b；

步骤d、判断g＝2是否成立，若成立，则将第n-2次测试时，反向脉冲电压信号的脉冲宽度(n-2)Δt为测试确定的反向脉冲电压信号的脉冲宽度，否则，将n+1赋值给n后，返回步骤b；

步骤5、将幅值为A、脉冲宽度为nΔt的反向脉冲电压信号与原开关电磁阀的开关控制信号进行叠加，得到新开关控制信号；

步骤6、利用所述新开关控制信号控制开关电磁阀关闭。

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