CN110850721A - 一种电流自适应标定控制方法、系统及电子设备 - Google Patents

一种电流自适应标定控制方法、系统及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电流自适应标定控制方法、系统及电子设备，所述电流自适应标定控制方法包括：利用脉冲宽度调制驱动的电磁阀液压系统进入标定状态，当所述电磁阀液压系统的温度为时，所述电磁阀液压系统进行标定操作，所述电磁阀液压系统的标定操作完成，所述电磁阀液压系统进入工作状态，以实现电磁阀电流的目标跟踪。本发明的电流自适应标定控制方法工作量小，自适应能力强。

Description

一种电流自适应标定控制方法、系统及电子设备
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，特别是涉及一种电流自适应标定控制方法、系统及电子设备。
背景技术
实际工程中，由于控制系统中硬件电路驱动芯片和电子元件精度不同以及环境温度的变化，比例电磁阀的一致性存在一定差异，则相同频率和占空比的PWM(脉冲宽度调制驱动)输出至不同批次控制系统硬件电路、不同批次电磁阀控制相同执行机构时，会产生不同的驱动电流，导致执行机构与其目标位置存在偏差，必须根据当前的控制系统硬件电路、电磁阀进行重新标定PWM的占空比，使执行机构达到目标位置，因此，标定的工作量巨大，自适应能力差。另外，由于控制系统硬件电路、电磁阀和执行机构工作环境稳定变化，也会导致执行机构与目标位置存在偏差，需要重新标定PWM的占空比，使执行机构达到目标位置。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电流自适应标定控制方法、系统及电子设备，用于解决现有技术中标定的工作量巨大，自适应能力差，而且由于控制系统硬件电路、电磁阀和执行机构工作环境稳定变化，也会导致执行机构与目标位置存在偏差，需要重新标定PWM的占空比的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电流自适应标定控制方法，所述电流自适应标定控制方法包括：
利用脉冲宽度调制驱动的电磁阀液压系统进入标定状态，所述电磁阀液压系统进行标定操作；
所述电磁阀液压系统的标定操作完成，所述电磁阀液压系统进入工作状态，以实现电磁阀电流的目标跟踪。
在本发明的一实施例中，所述电磁阀液压系统进行标定操作的步骤包括：
所述电磁阀液压系统在工作温度时进行标定，脉冲宽度调制信号的占空比从零开始增加设定步长至最终步长，当执行机构到达最大位移时，所述脉冲宽度调制信号停止增加；
脉冲宽度调制驱动的电磁阀液压系统的控制器记录电磁阀电流，以及所述脉冲宽度调制信号的占空比，获取并保存所述电磁阀电流至控制器的储存单元，以作为标定后的标准数据。
在本发明的一实施例中，通过比例阀电流采集方法获取所述电磁阀电流。
在本发明的一实施例中，所述电磁阀液压系统进入工作状态，以实现电磁阀电流的目标跟踪的步骤包括：
当所述电磁阀电流的目标为电磁阀电流时，所述控制器根据电磁阀液压系统的工作温度，查询与所述工作温度对应的电磁阀电流的目标，以及所述脉冲宽度调制信号的占空比。
在本发明的一实施例中，所述电磁阀液压系统进入工作状态，以实现电磁阀电流的目标跟踪的步骤还包括：
输出所述占空比，以实现电磁阀电流的目标跟踪。
在本发明的一实施例中，所述通过比例阀电流采集方法获取所述电磁阀电流的步骤包括：
根据电压信号的幅值，以及电压信号中的相邻的上升沿对应时刻、下降沿对应时刻，以计算相邻的上升沿对应时刻、下降沿对应时刻的电压信号的面积；
获取电流比例系数；
根据所述电压信号的面积，以及电流比例系数，以计算多组电磁阀的电流值；
对多组所述电磁阀的电流值进行加权平均值计算，以得到加权平均后的电磁阀的电流值即为所述电磁阀电流。
在本发明的一实施例中，所述通过比例阀电流采集方法获取所述电磁阀电流的步骤还包括：
采集脉冲宽度调制反馈的电流信号对应的电压信号的幅值，以及反馈的电流信号对应的电压信号中的相邻的上升沿对应时刻、下降沿对应时刻。
在本发明的一实施例中，所述根据电压信号的幅值，以及电压信号中的相邻的上升沿对应时刻、下降沿对应时刻，以计算相邻的上升沿对应时刻、下降沿对应时刻的电压信号的面积的步骤包括：
所述相邻的上升沿对应时刻、下降沿对应时刻的电压信号的面积的公式为：
其中，Ii 计算表示相邻的上升沿对应时刻、下降沿对应时刻的电压信号的面积，Vi表示脉冲宽度调制反馈的电压信号的幅值，
Figure BDA0002297980300000022
表示电压信号中的相邻的上升沿对应时刻、下降沿对应时刻。
本发明还提供一种电流自适应标定控制系统，包括上述的电流自适应标定控制方法，所述电流自适应标定控制系统包括：
电磁阀液压系统，用于进入标定状态，所述电磁阀液压系统进行标定操作；所述电磁阀液压系统的标定操作完成，所述电磁阀液压系统进入工作状态，以实现电磁阀电流的目标跟踪。
本发明还提供一种电子设备，包括处理器和第一存储器，所述第一存储器存储有程序指令，其特征在于：所述处理器运行程序指令实现上述的电流自适应标定控制方法。
如上所述，本发明的一种电流自适应标定控制方法、系统及电子设备，具有以下有益效果：
本发明的电流自适应标定控制方法通过在不同温度以及装配条件下，记录下PWM控制信号占空比从零开始逐步增加至执行机构最大位移的过程中，电磁阀电流Ii与对应PWM信号的占空比Mi，并保存至控制器的存储单元，当电磁阀的电流目标为Ii时，控制器根据电磁阀当前工作液压系统温度θi，查询对应温度θi下电磁阀电流目标Ii与占空比Mi，直接输出占空比为Mi。本发明的电流自适应标定控制方法可以快速地实现电磁阀的电流目标Ii的跟踪，大大的简化了系统的标定过程，而且考虑了不同装配环境及系统工作温度等复杂因素对标定工作的影响，大大提高了标定工作的准确性。而且本发明的电流自适应标定控制方法工作量小，自适应能力强。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种电流自适应标定控制方法的工作流程图。
图2为本申请实施例提供的图1中一种电流自适应标定控制方法的步骤S1的工作流程图。
图3为本申请实施例提供的图1中一种电流自适应标定控制方法的步骤S2的工作流程图。
图4为本申请实施例提供的一种电流自适应标定控制方法工作依据的硬件装置结构框图。
图5为本申请实施例提供的一种电子设备的结构框图。
图6为本申请实施例提供的一种电流自适应标定控制方法的电流信号采集反馈电压的波形图。
元件标号说明
1 控制器
2 电磁阀
3 温度传感器
4 标定开关
5 操纵系统
6 液压泵
7 第二存储器
8 执行机构
10 第一存储器
20 处理器
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图4，图4为本申请实施例提供的一种电流自适应标定控制方法工作依据的硬件装置结构框图。本发明提供一种电流自适应标定控制方法，所述电流自适应标定控制方法涉及的硬件结构包括但不限于控制器1、电磁阀2、温度传感器3、标定开关4、操纵系统5、液压泵6、第二存储器7以及执行机构8，所述操纵系统5可以但不限于为开关，例如，所述操纵系统5可以为控制上升或下降的操纵把手或拇指开关，所述控制器1的信号输入端分别连接温度传感器3、标定开关4、操纵系统5的信号输出端，所述控制器1与电磁阀2、第二存储器7之间双向通信连接，所述电磁阀2信号输入端分别连接温度传感器3、液压泵6的信号输出端，所述电磁阀2的信号输出端连接所述执行机构8信号输入端。所述控制器1用于收发控制信号以及进行信息传输，当所述标定开关4处于开启状态时，所述控制器1发出PWM占空比信号，驱动所述电磁阀2至相应位置，所述控制器1接收所述温度传感器3采集的温度信号，所述控制器1中的单片机中的模数转换器、ECT模块接收所述电磁阀2的反馈电流信号，同时，所述控制器1将采集到的信号发送至所述第二存储器7，作为新的标准值储存起来。当所述标定开关4处于关闭状态时，系统处于工作状态，所述控制器1接收操纵系统5的控制指令，输出PWM占空比信息使电磁阀2到达不同开度，液压系统通过所述电磁阀2的开度控制通过的油量，使执行结构到达相应的位置。在此过程中，所述控制器1接收电磁阀2的反馈电流信息，并进行实时调节。所述温度传感器3可以但不限于安装在电磁阀2的附近，以测量所述电磁阀2的工作温度，并发送温度信息至所述控制器1。本发明的电流自适应标定控制方法在电磁阀液压系统的元器件以及零部件更换的时候，可以人工操作所述标定开关4，使所述电磁阀液压系统进入标定状态，此时按照自适应标定方法进行操作。而且本发明的电流自适应标定控制方法可以但不限于为在温度变化时进行标定、电磁阀电流的目标追踪，还可以在硬件发生变更的时候进行标定，以及在其温度变化的情况下进行电磁阀电流的目标追踪。
请参阅图1、图2、图3，图1为本申请实施例提供的一种电流自适应标定控制方法的工作流程图。图2为本申请实施例提供的图1中一种电流自适应标定控制方法的步骤S1的工作流程图。图3为本申请实施例提供的图1中一种电流自适应标定控制方法的步骤S2的工作流程图。本发明提供一种电流自适应标定控制方法，所述电流自适应标定控制方法包括：S1、利用脉冲宽度调制驱动的电磁阀液压系统进入标定状态，当所述电磁阀液压系统的温度为θi(i＝1，2，3...n)时，所述电磁阀液压系统进行标定操作。具体的，步骤S1中的所述电磁阀液压系统进行标定操作的步骤包括：S11、所述电磁阀液压系统在工作温度θi时进行标定，脉冲宽度调制信号的占空比从零开始增加设定步长Δλ至最终步长λi，当执行机构到达最大位移时，所述脉冲宽度调制信号停止增加。S12、脉冲宽度调制驱动的电磁阀液压系统的控制器1记录电磁阀电流Ii，以及所述脉冲宽度调制信号的占空比Mi，通过比例阀电流采集方法获取所述电磁阀电流Ii，保存至所述控制器1的储存单元，以作为标定后的标准数据。所述比例阀电流采集方法通过采集电流信号同一周期内上升沿与下降沿之间的面积，并通过实际计算求出的比例系数进行换算，求得采集电流值即为电磁阀的电流值Ii。比例阀电流采集方法与传统的滤波器采集电流法相比，在保证了较高的精度的同时，大大提高了电流信号采集的速度。所述比例阀电流采集方法通过采用全新的加权平均值计算方法，并对采集信息进行实时处理，其中新采集的电流信息的权重系数较小，从而减轻了新采集信息对整体的影响。S2、所述电磁阀液压系统的标定操作完成，所述电磁阀液压系统进入工作状态，以实现电磁阀电流的目标Ii跟踪。具体的，步骤S2中的所述电磁阀液压系统进入工作状态，以实现电磁阀电流的目标Ii跟踪的步骤包括：S21、当所述电磁阀电流的目标为Ii时，所述控制器1根据电磁阀液压系统的工作温度θi，查询与所述工作温度θi对应的电磁阀电流的目标Ii，以及所述脉冲宽度调制信号的占空比Mi。S22、输出所述占空比Mi，以实现电磁阀电流的目标Ii跟踪，可快速实现电磁阀的电流目标Ii跟踪。具体的，在步骤S1中，所述标定开关4起作用，PWM驱动的电磁阀系统进入自标定状态，PWM驱动的电磁阀系统进入标定状态，系统只进行接收标定操作，屏蔽其他多余操作。当电磁阀工作液压系统温度为θi(i＝1，2，3...n)时进行标定操作。具体的，在步骤S11中，所述执行机构到达最大位移即为所述执行机构的极限位置，所述执行机构可以但不限于为油缸，所述油缸或执行机构到达限位块处。具体的，所述比例阀电流采集方法可以但不限于适用于脉冲宽度调制驱动的功率器件，例如：PWM驱动的高速电机、步进电机、高速开关阀等。
请参阅图1、图2、图3，所述电流自适应标定控制方法包括对某型号电磁阀2进行比例驱动电流采集，该型号比例控制电磁阀2的参数如下：所述PWM工作频率范围可以但不限于为120Hz～150Hz，线圈阻值可以但不限于为4～6.1Ω，额定工作电压12V对应最大电流为1.76A，线圈匝数可以但不限于为526匝，所述控制器1采用可以但不限于为MC9S12XS128MAL。通过比例阀电流采集方法获取所述电磁阀电流Ii的步骤包括：步骤1、设定PWM工作频率为值120Hz，当单片机输出50％的PWM占空比信号给比例控制电磁阀2时，所述比例控制电磁阀为所述电磁阀2的一种，所述比例电磁阀的开度达到稳定位置。此时经过比例控制电磁阀的输出电流信息为一周期稳定的信号。通过单片机的模数转换器的采集模块对线路中的测量电阻进行电压信息采集，形成周期稳定的方波信号，所述周期稳定的方波信号请参阅图6，图6为本申请实施例提供的一种电流自适应标定控制方法的电流信号采集反馈电压的波形图。图6中记录信号的一个周期内上升沿
Figure BDA0002297980300000065
与下降沿
Figure BDA0002297980300000066
的时间，得到上升沿与下降沿的时间间隔ΔTi，同时采集PWM反馈电压信号的幅值Vi。单片机采集PWM反馈电压信号中的相邻的上升沿对应时刻
Figure BDA0002297980300000061
下降沿对应时刻
Figure BDA0002297980300000062
其中
Figure BDA0002297980300000063
同时采集PWM反馈电压信号的幅值V1＝4.2V。步骤2、通过公式
Figure BDA0002297980300000064
计算相邻的上升沿对应时刻、下降沿对应时刻的电压信号的面积Ii 计算，所述Ii 计算为17.22。同时，通过高精度电流表测得多组电流Ik(k＝1、2、3...n)，最后将所述实际电磁阀2的平均电流值赋值给Ii，所述实际电磁阀2的平均电流值为0.95A，Ii被赋值0.95A。通过公式Ii＝γ×Ii 计算求得比例系数γ为0.055。步骤3、根据精度要求设置权重系数α为0.8。具体的，所述权重系数α在设置原则上为：系统要求的精度越高，权重系数α在数值上越大，但权重系数α的最大数值不超过1，即为0＜α＜1，且通过试验得到，权重系数α的设置原则需要满足其数值上接近于1，从而使得1-α的值比较小。加权计算方法可以按照方法一的步骤进行：方法一：步骤3.1、当同一周期内
Figure BDA0002297980300000071
的值不变时，根据公式Ii＝γ×Ii 计算，其中，i＝1、2、3...n，以计算n次电磁阀2的电流值I1、I2、I3、...、In。步骤3.2、根据公式
Figure BDA0002297980300000072
计算加权平均后的电磁阀2的电流值I，其中，n表示n次采集的周期，α表示权重系数，计算而来的电流值由于杂波的存在，会出现较小的波动，最后数值稳定在0.94A附近，电流采集系统精度满足实际工程需求。步骤3.3、当控制器1发出的PWM占空比信号发生变动时，50％的PWM占空比信号变成70％PWM占空比信号。电压信号中的相邻的上升沿对应时刻、下降沿对应时刻之间的时间间隔在占空比变动的过程中出现较大变化时，使
Figure BDA0002297980300000073
清零，则In+1为加权平均后的电磁阀2的电流值，在某一时间达到稳定占空比信号时，系统重新进行加权计算。加权计算方法可以按照方法二的步骤进行：方法二：步骤3.1、当同一周期内
Figure BDA0002297980300000074
的值在设定时间T内不变时，根据公式Ii＝γ×Ii 计算，其中，i＝1、2、3...n，以计算经过T之外的第一个电磁阀2的电流值为I1，在I1之后每次测得的数值依次为I2′、I3′...In′。步骤3.2、根据公式
Figure BDA0002297980300000075
计算得出加权平均后的电磁阀2的电流值I，计算而来的电流值由于杂波的存在，会出现较小的波动，最后数值稳定在0.95A附近，电流采集系统精度满足实际工程需求。步骤3.3、当控制器1发出的PWM占空比信号发生变动时，50％的PWM占空比信号变成70％的PWM占空比信号。当
Figure BDA0002297980300000076
的值变化时，根据公式Ii＝γ×Ii 计算，以计算第(n+1)次电磁阀2的电流值In+1′，使公式
Figure BDA0002297980300000077
为零，则In+1′为加权平均后的电磁阀2的电流值。在某一时间达到稳定占空比信号时，系统重新进行加权计算。
请参阅图5，图5为本申请实施例提供的一种电子设备的结构框图。本发明还提供一种电子设备，包括处理器20和第一存储器10，所述第一存储器10存储有程序指令，所述处理器20运行程序指令实现上述的电流自适应标定控制方法。本发明还提供一种电流自适应标定控制系统，包括上述的电流自适应标定控制方法，所述电流自适应标定控制系统包括：电磁阀液压系统，用于进入标定状态，所述电磁阀液压系统进行标定操作；所述电磁阀液压系统的标定操作完成，所述电磁阀液压系统进入工作状态，以实现电磁阀电流的目标跟踪。
综上所述，本发明的电流自适应标定控制方法通过在不同温度以及装配条件下，记录下PWM控制信号占空比从零开始逐步增加至执行机构最大位移的过程中，电磁阀电流Ii与对应PWM信号的占空比Mi，并保存至控制器1的存储单元，当电磁阀2的电流目标为Ii时，控制器1根据电磁阀2当前工作液压系统温度θi，查询对应温度θi下电磁阀电流目标Ii与占空比Mi，直接输出占空比为Mi。本发明的电流自适应标定控制方法可以快速地实现电磁阀2的电流目标Ii的跟踪，大大的简化了系统的标定过程，而且考虑了不同装配环境及系统工作温度等复杂因素对标定工作的影响，大大提高了标定工作的准确性。而且本发明的电流自适应标定控制方法工作量小，自适应能力强。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种电流自适应标定控制方法，其特征在于，所述电流自适应标定控制方法包括：
利用脉冲宽度调制驱动的电磁阀液压系统进入标定状态，所述电磁阀液压系统进行标定操作；
所述电磁阀液压系统的标定操作完成，所述电磁阀液压系统进入工作状态，以实现电磁阀电流的目标跟踪。
2.根据权利要求1所述的一种电流自适应标定控制方法，其特征在于，所述电磁阀液压系统进行标定操作的步骤包括：
所述电磁阀液压系统在工作温度时进行标定，脉冲宽度调制信号的占空比从零开始增加设定步长至最终步长，当执行机构到达最大位移时，所述脉冲宽度调制信号停止增加；
脉冲宽度调制驱动的电磁阀液压系统的控制器记录电磁阀电流，以及所述脉冲宽度调制信号的占空比，获取并保存所述电磁阀电流至控制器的储存单元，以作为标定后的标准数据。
3.根据权利要求2所述的一种电流自适应标定控制方法，其特征在于，通过比例阀电流采集方法获取所述电磁阀电流。
4.根据权利要求1所述的一种电流自适应标定控制方法，其特征在于，所述电磁阀液压系统进入工作状态，以实现电磁阀电流的目标跟踪的步骤包括：
当所述电磁阀电流的目标为电磁阀电流时，所述控制器根据电磁阀液压系统的工作温度，查询与所述工作温度对应的电磁阀电流的目标，以及所述脉冲宽度调制信号的占空比。
5.根据权利要求4所述的一种电流自适应标定控制方法，其特征在于，所述电磁阀液压系统进入工作状态，以实现电磁阀电流的目标跟踪的步骤还包括：
输出所述占空比，以实现电磁阀电流的目标跟踪。
6.根据权利要求3所述的一种电流自适应标定控制方法，其特征在于，所述通过比例阀电流采集方法获取所述电磁阀电流的步骤包括：
根据电压信号的幅值，以及电压信号中的相邻的上升沿对应时刻、下降沿对应时刻，以计算相邻的上升沿对应时刻、下降沿对应时刻的电压信号的面积；
获取电流比例系数；
根据所述电压信号的面积，以及电流比例系数，以计算多组电磁阀的电流值；
对多组所述电磁阀的电流值进行加权平均值计算，以得到加权平均后的电磁阀的电流值即为所述电磁阀电流。
7.根据权利要求6所述的一种电流自适应标定控制方法，其特征在于，所述通过比例阀电流采集方法获取所述电磁阀电流的步骤还包括：
采集脉冲宽度调制反馈的电流信号对应的电压信号的幅值，以及反馈的电流信号对应的电压信号中的相邻的上升沿对应时刻、下降沿对应时刻。
8.根据权利要求6所述的一种电流自适应标定控制方法，其特征在于，所述根据电压信号的幅值，以及电压信号中的相邻的上升沿对应时刻、下降沿对应时刻，以计算相邻的上升沿对应时刻、下降沿对应时刻的电压信号的面积的步骤包括：
所述相邻的上升沿对应时刻、下降沿对应时刻的电压信号的面积的公式为：
Figure FDA0002297980290000021
其中，Ii 计算表示相邻的上升沿对应时刻、下降沿对应时刻的电压信号的面积，Vi表示脉冲宽度调制反馈的电压信号的幅值，
Figure FDA0002297980290000022
表示电压信号中的相邻的上升沿对应时刻、下降沿对应时刻。
9.一种电流自适应标定控制系统，包括如权利要求1至权利要求8任一项所述的电流自适应标定控制方法，其特征在于，所述电流自适应标定控制系统包括：
电磁阀液压系统，用于进入标定状态，所述电磁阀液压系统进行标定操作；所述电磁阀液压系统的标定操作完成，所述电磁阀液压系统进入工作状态，以实现电磁阀电流的目标跟踪。
10.一种电子设备，包括处理器和第一存储器，所述第一存储器存储有程序指令，其特征在于：所述处理器运行程序指令实现如权利要求1至权利要求8任一项所述的电流自适应标定控制方法。
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