CN113639081B - 一种比例电磁阀驱动装置及控制方法 - Google Patents

一种比例电磁阀驱动装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了工程机械专用阀领域的一种比例电磁阀驱动装置及控制方法,旨在解决现有控制方式受电池端电压限制,电磁线圈端有效电压调节范围较窄,适用性较差技术问题。一种比例电磁阀驱动装置,包括:电池端,用于为所述驱动装置供电;CAN收发电路,用于接收所述驱动装置外部整车控制器的指令,并转发给主控电路;主控电路,用于接收所述CAN收发电路转发的指令,生成位移指令并转发给驱动电路。该种比例电磁阀驱动装置及控制方法,采用新的控制方法使系统工作电路可切换升/降压模式,增大系统的工作电压范围,使得电磁线圈端有效电压调节范围增大,提升适用性。

Description

一种比例电磁阀驱动装置及控制方法
技术领域
本发明涉及一种比例电磁阀驱动装置及控制方法,属于工程机械专用阀技术领域。
背景技术
比例电磁阀是阀内比例电磁铁根据输入的电压信号产生相应动作,使工作阀阀芯产生位移,阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例的压力、流量输出的元件。阀芯位移也可以以机械、液压或电的形式进行反馈。由于比例电磁阀具有形式种类多样、容易组成使用电气及计算机控制的各种电液系统、控制精度高、安装使用灵活以及抗污染能力强等多方面优点,因此应用领域日益拓宽。近年研发生产的插装式比例阀和比例多路阀充分考虑到工程机械的使用特点,具有先导控制、负载传感和压力补偿等功能。它的出现对移动式液压机械整体技术水平的提升具有重要意义。特别是在电控先导操作、无线遥控和有线遥控操作等方面展现了其良好的应用前景。
现有工程机械比例电磁阀控制装置多采用PWM(脉宽调制)驱动的方式,将脉冲方波作用于电磁线圈,在一定载频下,通过调节脉冲宽度进而改变作用在电磁线圈上的等效电压,控制电磁线圈电流,达到控制阀芯位移的目的。该驱动方式硬件电路及驱动方法简单,但由于作用在电磁线圈上的电压为脉冲电压,含有高频谐波,一方面降低了电流控制的稳定性,增加了电流响应时间,使得控制阀的实时性较差。另一方面,由于PWM(脉宽调制)驱动是一种斩波的控制方式,受电池端电压限制,电磁线圈端有效电压调节范围较窄,使得适用性较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种比例电磁阀驱动装置及控制方法,解决现有控制方式受电池端电压限制,电磁线圈端有效电压调节范围较窄,适用性较差的技术问题。
为达到上述目的,本发明是采用下述技术方案实现的:
第一方面,本发明提供了一种比例电磁阀驱动装置,所述驱动装置包括:
供电模块,用于为所述驱动装置供电;
CAN收发电路,接收外部指令,并转发给主控电路;
主控电路,接收所述CAN收发电路转发的指令,生成驱动指令并转发给驱动电路,还用于检测供电模块电压并与设定输出电压值比较,结合驱动电路选择切入的负载线圈进行电压调节;
驱动电路,接收所述主控电路的位移指令并控制主驱电路切入指定的负载线圈;
所述主驱电路采用半桥式升降压电路,包括两个负载线圈工作电路,且每个负载线圈均控制所述供电模块的输出电压。
优选的,还包括对外端子,所述驱动装置通过对外端子连接供电模块和外部整车控制器。
优选的,还包括防反二极管,所述防反二极管通过对外端子连接供电模块的输入正极。
优选的,还包括与防反二极管相连的P型MOS管,所述主控电路根据供电模块的电压范围开闭P型MOS管进行上电或保护断电。
优选的,还包括采样调理电路和BUCK电路,所述采样调理电路与主驱电路相连,用于对主驱电路的电压信号进行电压幅值变换并输入至主控电路,所述BUCK电路与供电模块相连,将供电模块电压转换成为所述采样调理电路、主控电路和CAN收发电路供电的控制电源。
优选的,所述主驱电路包括:
输入滤波电容,并联于电压输入正、负极;
BUCK_MOS管,漏极与电压输入正极相连且源极连接BOOST电感一端;
BOOST_MOS管,漏极与BOOST电感另一端相连且源极连接电压输入负极;
采样电阻,串入BOOST电感与BOOST_MOS管串联组成的回路中;
第一负载线圈,与第一电流采样电阻串联组成串联电路一,所述串联电路一的一端连接SW1_MOS管的漏极;
第二负载线圈,与第二电流采样电阻串联组成串联电路二,所述串联电路二的一端连接SW2_MOS管的漏极;
所述串联电路一和串联电路二的另一端连接负载端支撑电容;
所述负载端支撑电容的另一端连接电压输入负极;
所述SW1_MOS管和SW2_MOS管的源极连接电压输入负极。
第二方面,本发明提供了一种比例电磁阀驱动控制方法,应用于上述的一种比例电磁阀驱动装置,包括:
检测供电模块电压值并进行电压判断;
若判断通过,接收整车控制器的指令,判断供电模块输出电压极性;否则报供电模块电压故障;
根据供电模块输出电压极性,控制主驱电路切入指定的负载线圈;
检测供电模块电压,与设定输出电压值比较后,控制供电模块的输出电压值。
优选的,所述检测供电模块电压值并进行电压判断包括:检测供电模块电压值并判断电压值是否在合理范围内,如果在合理范围则判断通过,否则判断不通过。
优选的,若供电模块电压大于设定输出电压,则控制所述主驱电路切入的负载线圈工作在降压模式。
优选的,若供电模块电压小于设定输出电压,则控制所述主驱电路切入的负载线圈工作在升压模式。
与现有技术相比,本发明所达到的有益效果:
一、该种比例电磁阀驱动装置及控制方法,采用新的控制方法使系统工作电路可切换升/降压模式,增大系统的工作电压范围,使得电磁线圈端有效电压调节范围增大,提升适用性。
二、该种比例电磁阀驱动装置及控制方法,可灵活有效的使得控制器工作在宽电压、单/双极型平台化的驱动模式,提高控制器应用范围;相较于传统的PWM控制方法,采用直流控制可提高电流跟随性,便于驱动信号与颤振信号做到很好的解耦,减小驱动电流纹波,提高电流控制精度,节省阀的响应时间。
三、该种比例电磁阀驱动装置及控制方法,可有效的提高工作电压范围(可兼容12V和24V系统)及阀的响应性;有效的调节加载到比例阀上的直流电压,在单极磁铁线圈驱动应用中,电路简单,控制方便,成本较低。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的装置组成框图;
图2是本发明实施例一提供的新型主驱电路拓扑;
图3是本发明实施例一提供的第一负载线圈工作电路拓扑;
图4是本发明实施例一提供的第二负载线圈工作电路拓扑;
图5是本发明实施例二提供的装置控制框图。
图中:1、对外端子;2、防反二极管;3、防浪涌电路;4、P型MOS管;5、主驱电路;6、BUCK电路;7、采样调理电路;8、主控电路;9、驱动电路;10、CAN收发电路;501、输入滤波电容;502、BUCK_MOS管;503、采样电阻;504、BOOST_MOS管;505、BOOST电感;506、SW1_MOS管;507、SW2_MOS管;508、第一负载线圈;509、第一电流采样电阻;510、第二负载线圈;511、第二电流采样电阻;512、负载端支撑电容。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一:
请参阅图1,一种比例电磁阀驱动装置,包括:对外端子1;防反二极管2,这里防反二极管2连接电池输入正极,主要防止电池端与装置连接时电压极性接反,损坏装置;防浪涌电3,这里防浪涌电3连接防反二极管2后端,防止静电或雷击致使装置损坏;P型MOS管4,这里P型MOS管4同时也接于防反二极管2后端,为后端供电开关,主要起到上电及保护断电的作用;主驱电路5,这里主驱电路5用于接收驱动电路9发来的控制信号,控制电路中的半导体开关管,进而切换负载线圈,同时进行功率变换驱动负载线圈,产生电磁力推动阀芯位移;BUCK电路6,这里BUCK电路6为降压模块,将电池端电压转换成相对较低的控制电源,为采样调理电路7、主控电路8和CAN收发电路10供电;采样调理电路7;主控电路8;驱动电路9,这里驱动电路9的输入端连接主控电路8,输出端连接主驱电路5,驱动电路9接收主控电路8位移指令,直接控制主驱电路5中的功率MOS管来切入指定的负载线圈;CAN收发电路10,这里CAN收发电路10一端连接主控电路8,另一端与装置外部整车控制器连接,为装置与整车控制器的通讯链路。
请参阅图2,主驱电路5采用新型的半桥式升/降压电路,该电路中主要包括输入滤波电容501、BUCK_MOS管502、采样电阻503、BOOST_MOS管504、BOOST电感505、SW1_MOS管506、SW2_MOS管507、第一负载线圈508、第一电流采样电阻509、第二负载线圈510、第二电流采样电阻511和负载端支撑电容512;其中,输入滤波电容501并联于电压输入正、负极;BUCK_MOS管502漏极与电压输入正极相连,源极与BOOST电感505一端连接;BOOST_MOS管504的漏极与BOOST电感505另一端相连,源极与电压输入负极相连;采样电阻503串入BOOST电感505与BOOST_MOS管504串联组成的回路中;第一负载线圈508与第一电流采样电阻509串联,一端连接负载端支撑电容512,另一端连接SW1_MOS管506的漏极;第二负载线圈510与第二电流采样电阻511串联,一端连接负载端支撑电容512,另一端连接SW2_MOS管507的漏极;负载端支撑电容512另一端连接电压输入负极;SW1_MOS管506和SW2_MOS管507的源极同样连接电压输入负极;这里负载端支撑电容512主要起到输出滤波的作用,平滑输出电压。
请参阅图3,在新型的半桥式升/降压电路中,BUCK_MOS管502、BOOST电感505、采样电阻503、BOOST_MOS管504、负载端支撑电容512、第一负载线圈508及第一电流采样电阻509和SW1_MOS管506组成第一负载线圈工作电路;请参阅图4,BUCK_MOS管502、BOOST电感505、采样电阻503、BOOST_MOS管504、负载端支撑电容512、第二负载线圈510及第二电流采样电阻511和SW2_MOS管507组成第二负载线圈工作电路;选择哪一路负载线圈工作由SW1_MOS管506和SW2_MOS管507的开关状态决定。
请结合参阅图2,在新型的半桥式升/降压电路中,SW1_MOS管506和SW2_MOS管507的漏极(D)分别连接载第一负载线圈508和第二负载线圈510的同一端,则两个管子的源极(S)同时接在装置输入电压负极,控制两个管子的开通和关断,决定两个负载线圈的工作状态,进而根据需要可有效选择阀芯位移方向,另外,在新型的半桥式升/降压电路中负载端第一电流采样电阻509和第二电流采样电阻511分别将流入负载线圈的电流信号转换为电压信号,经采样调理电路7进行电压幅值变换,输入至主控电路8,主控电路8检测实际电流值与给定电流值作比较,通过闭环PID算法,调节输出电压值,进而控制负载线圈电流值。
实施例二:
一种比例电磁阀驱动控制方法,如图5所示,当装置电池端上电后,主控电路8检测电池端电压值,如果不在允许范畴,则报电池电压故障,P型MOS管4保持断开状态;若在合理范围,则闭合P型MOS管4;接下来通过CAN收发电路10接收指令,判断阀芯位移方向,如果是正向位移指令,则导通SW1_MOS管506,断开SW2_MOS管507,主驱电路5中切入第一负载线圈508;若为负向位移指令,则导通SW2_MOS管507,断开SW1_MOS管506,主驱电路5中切入第二负载线圈510;然后,主控电路8检测电池端电压,与设定输出电压值比较,设定电压值由主控电路8内部电流闭环算法计算而来,结合已选择切入的负载线圈,各控制状态如下:
1)若电池端电压大于设定输出电压,切入第一负载线圈508的条件下,使得第一负载线圈工作电路进入降压模式,此时,BOOST_MOS管504处于常断开状态,BUCK_MOS管502则处在高频斩波的工作状态,通过调节斩波占空比值,进而控制输出电压值。
2)若电池端电压小于设定输出电压,切入第一负载线圈508的条件下,使得第一负载线圈工作电路进入升压模式,此时,BOOST_MOS管504处在高频斩波的工作状态,通过调节斩波占空比值,进而控制输出电压值,BUCK_MOS管502则处在常导通状态。
3)若电池端电压大于设定输出电压,切入第二负载线圈510条件下,使得第二负载线圈工作电路进入降压模式,此时,BOOST_MOS管504处于常断开状态,BUCK_MOS管502则处在高频斩波的工作状态,通过调节斩波占空比值,进而控制输出电压值。
4)若电池端电压小于设定输出电压,切入第二负载线圈510条件下,使得第二负载线圈工作电路进入升压模式,此时,BOOST_MOS管504处在高频斩波的工作状态,通过调节斩波占空比值,进而控制输出电压值,BUCK_MOS管502则处在常导通状态。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种比例电磁阀驱动装置,其特征是,所述驱动装置包括:
供电模块,用于为所述驱动装置供电;
CAN收发电路,接收外部指令,并转发给主控电路;
主控电路,接收所述CAN收发电路转发的指令,生成驱动指令并转发给驱动电路,还用于检测供电模块电压并与设定输出电压值比较,结合驱动电路选择切入的负载线圈进行电压调节;
驱动电路,接收所述主控电路的位移指令并控制主驱电路切入指定的负载线圈;
所述主驱电路采用半桥式升降压电路,包括两个负载线圈工作电路,且每个负载线圈均控制所述供电模块的输出电压;
所述主驱电路包括:
输入滤波电容,并联于电压输入正、负极;
BUCK_MOS管,漏极与电压输入正极相连且源极连接BOOST电感一端;
BOOST_MOS管,漏极与BOOST电感另一端相连且源极连接电压输入负极;
采样电阻,串入BOOST电感与BOOST_MOS管串联组成的回路中;
第一负载线圈,与第一电流采样电阻串联组成串联电路一,所述串联电路一的一端连接SW1_MOS管的漏极;
第二负载线圈,与第二电流采样电阻串联组成串联电路二,所述串联电路二的一端连接SW2_MOS管的漏极;
所述串联电路一和串联电路二的另一端连接负载端支撑电容;
所述负载端支撑电容的另一端连接电压输入负极;
所述SW1_MOS管和SW2_MOS管的源极连接电压输入负极。
2.根据权利要求1所述的一种比例电磁阀驱动装置,其特征是,还包括对外端子,所述驱动装置通过对外端子连接供电模块和外部整车控制器。
3.根据权利要求2所述的一种比例电磁阀驱动装置,其特征是,还包括防反二极管,所述防反二极管通过对外端子连接供电模块的输入正极。
4.根据权利要求3所述的一种比例电磁阀驱动装置,其特征是,还包括与防反二极管相连的P型MOS管,所述主控电路根据供电模块的电压范围开闭P型MOS管进行上电或保护断电。
5.根据权利要求1所述的一种比例电磁阀驱动装置,其特征是,还包括采样调理电路和BUCK电路,所述采样调理电路与主驱电路相连,用于对主驱电路的电压信号进行电压幅值变换并输入至主控电路,所述BUCK电路与供电模块相连,将供电模块电压转换成为所述采样调理电路、主控电路和CAN收发电路供电的控制电源。
6.一种比例电磁阀驱动控制方法,其特征是,应用于权利要求1所述的一种比例电磁阀驱动装置,包括:
检测供电模块电压值并进行电压判断;
若判断通过,接收整车控制器的指令,判断供电模块输出电压极性;否则报供电模块电压故障;
根据供电模块输出电压极性,控制主驱电路切入指定的负载线圈;
检测供电模块电压,与设定输出电压值比较后,控制供电模块的输出电压值。
7.根据权利要求6所述的一种比例电磁阀驱动控制方法,其特征是,所述检测供电模块电压值并进行电压判断包括:检测供电模块电压值并判断电压值是否在合理范围内,如果在合理范围则判断通过,否则判断不通过。
8.根据权利要求6所述的一种比例电磁阀驱动控制方法,其特征是,若供电模块电压大于设定输出电压,则控制所述主驱电路切入的负载线圈工作在降压模式。
9.根据权利要求6所述的一种比例电磁阀驱动控制方法,其特征是,若供电模块电压小于设定输出电压,则控制所述主驱电路切入的负载线圈工作在升压模式。
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