CN114483724B - 一种提高阵列高速开关阀使用寿命的pwm控制方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高阵列高速开关阀使用寿命的PWM控制方法与系统，利用PWM控制器控制由流量增益相同的第一开关阀、第二开关阀以及第三开关阀并列构成的阵列高速开关阀的工作状态，具体包括以下步骤：(1.1)将控制量u平均分为三个范围，每个范围对应设置一种模式，包括模式一、模式二、模式三；所述的控制量为用于控制阵列高速开关阀平均输出流量的PWM信号占空比；(1.2)每个模式状态下，对于阵列高速开关阀中的每个开关阀的PWM信号占空比进行分配，根据分配的占空比构建每个开关阀的工作状态；本发明能够减少阵列高速开关阀的总切换次数，提高了阵列高速开关阀的使用寿命。

Description

一种提高阵列高速开关阀使用寿命的PWM控制方法与系统
技术领域
本发明涉及数字液压控制领域，尤其涉及一种提高阵列高速开关阀使用寿命的PWM控制方法与系统。
背景技术
数字液压系统分为两种类型，一种是以单个高速开关阀为控制元件，通过脉冲宽度调制(PWM)控制方法实现流量调节；另一种是以阵列高速开关阀为控制元件，通过脉冲编码调制(PCM)控制方法实现流量调节。阵列高速开关阀相较于高速开关阀可以同时兼顾大流量和高动态，然而由于采用PCM控制方法，由于本质上为有级调速，必然存在量化误差，故控制精度难以进一步提升。
将PWM控制方法应用于阵列高速开关阀是提高其控制精度的有效措施之一。然而，在PWM控制模式下，阵列高速开关阀中的所有开关阀均处于高频切换状态中，即阀芯与阀座不停地高速撞击，由此引起了振动、噪声、阀口磨损以及线圈加速老化等问题，这些均会严重降低阵列高速开关阀的使用寿命。其次，由于各开关阀的切换次数不一致，导致各开关阀性能衰减不同，这对后期维护保养产生不利的影响。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种提高阵列高速开关阀使用寿命的PWM控制方法，能够减少阵列高速开关阀的总切换次数，还能够减少各开关阀切换次数的离散程度。同时，本发明还提供一种提高阵列高速开关阀使用寿命的PWM控制系统，可以提高阵列高速开关阀的使用寿命。
技术方案：本发明的目的在于提供一种提高阵列高速开关阀使用寿命的PWM控制方法，利用PWM控制器控制由流量增益相同的第一开关阀、第二开关阀以及第三开关阀并列构成的阵列高速开关阀的工作状态，具体包括以下步骤：
(1.1)将控制量u平均分为三个范围，每个范围对应设置一种模式，包括模式一、模式二、模式三；所述的控制量为用于控制阵列高速开关阀平均输出流量的PWM信号占空比；
(1.2)每个模式状态下，对于阵列高速开关阀中的每个开关阀的PWM信号占空比进行分配，根据分配的占空比构建每个开关阀的工作状态；具体的分配方式如下：
模式一，u取值范围为0-1/3，第一开关阀的占空比为3u，第二开关阀的占空比与第三开关阀占空比均为0；模式二，u取值范围为1/3-2/3，第一开关阀的占空比为1，第二开关阀的占空比为3u-1，第三开关阀占空比为0；模式三，u取值范围为2/3-1，第一开关阀的占空比为1、第二开关阀的占空比为1，第三开关阀占空比为3u-2；所述三种工作状态包括：开启、关闭和PWM切换；占空比为1代表工作状态为开启，占空比为0代表工作状态为关闭，占空比为其余数值代表工作状态为PWM切换。
有益效果：本发明与现有技术相比具有优点：通过设置三种不同的模式，并且每一种不同模式之间PWM信号占空比之间的分配呈逻辑分配，避免每一种模式下的开关阀组件中的每个开关阀都需要进行频繁的切换，从而导致阀口磨损以及线圈加速老化等问题。在满足整体控制量设置的同时，减少阵列高速开关阀的总切换次数，提高了阵列高速开关阀的使用寿命。
进一步的，还包括步骤：(1.3)以三个PWM信号周期T为一个循环周期，对每个模式下阵列高速开关阀中的每个开关阀的PWM信号占空比重新进行循环分配，从而达到每个模式下的每个开关阀处于任一工作状态时长相同。为了保证阵列高速开关阀中的每个开关阀切换次数的均衡性，防止某一个开关阀切换次数过于频繁，而其他的开关阀一直处于停止或者开启的状态，通过循环周期设置，保证阵列高速开关阀中的每个开关阀切换次数相同。
进一步的，所述的循环分配设置具体包括：
模式一，在第一个周期T内，第一开关阀的占空比为3u，第二开关阀的占空比为0，第三开关阀占空比为0；第二周期T内，第一开关阀的占空比为0，第二开关阀的占空比为3u，第三开关阀的占空比为0；第三周期T内，第一开关阀的占空比为0，第二开关阀的占空比为0，第三开关阀的占空比为3u；三个周期T作为一个循环，实现循环分配；
模式二，在第一个周期T内，第一开关阀的占空比为1，第二开关阀的占空比为3u-1，第三开关阀占空比为0；第二周期T内，第一开关阀的占空比为0，第二开关阀的占空比为1，第三开关阀的占空比为3u-1；第三周期T内，第一开关阀的占空比为3u-1，第二开关阀的占空比为0，第三开关阀的占空比为1；三个周期T作为一个循环，实现循环分配；
模式三，在第一个周期T内，第一开关阀的占空比为1，第二开关阀的占空比为1，第三开关阀占空比为3u-2；第二周期T内，第一开关阀的占空比为3u-2，第二开关阀的占空比为1，第三开关阀的占空比为1；第三周期T内，第一开关阀的占空比为1，第二开关阀的占空比为3u-2，第三开关阀的占空比为1；三个周期T内作为一个循环，实现循环分配。
进一步的，所述控制量u的范围为0-1。
本发明还提供了一种提高阵列高速开关阀使用寿命的PWM控制系统，包括：
模式分配模块，用于将控制量u平均分为三个范围，每个范围对应设置一种模式，包括模式一、模式二、模式三；所述的控制量为用于控制阵列高速开关阀平均输出流量的PWM信号占空比；
PWM信号占空比逻辑分配模块，用于每个模式状态下，对于阵列高速开关阀中的每个开关阀的PWM信号占空比进行分配，根据分配的占空比构建每个开关阀的工作状态；具体的分配方式如下：
模式一，u取值范围为0-1/3，第一开关阀的占空比为3u，第二开关阀的占空比与第三开关阀占空比均为0；模式二，u取值范围为1/3-2/3，第一开关阀的占空比为1，第二开关阀的占空比为3u-1，第三开关阀占空比为0；模式三，u取值范围为2/3-1，第一开关阀的占空比为1、第二开关阀的占空比为1，第三开关阀占空比为3u-2；所述三种工作状态包括：开启、关闭和PWM切换；占空比为1代表工作状态为开启，占空比为0代表工作状态为关闭，占空比为其余数值代表工作状态为PWM切换。
进一步的，还包括：
PWM信号脉冲循环分配模块，用于以三个PWM信号周期T为一个循环周期，对每个模式下阵列高速开关阀中的每个开关阀的PWM信号占空比重新进行循环分配，从而达到每个模式下的每个开关阀处于任一工作状态时长相同。
进一步的，PWM信号脉冲循环分配模块中的循环分配设置具体包括：
模式一，在第一个周期T内，第一开关阀的占空比为3u，第二开关阀的占空比为0，第三开关阀占空比为0；第二周期T内，第一开关阀的占空比为0，第二开关阀的占空比为3u，第三开关阀的占空比为0；第三周期T内，第一开关阀的占空比为0，第二开关阀的占空比为0，第三开关阀的占空比为3u；三个周期T作为一个循环，实现循环分配；
模式二，在第一个周期T内，第一开关阀的占空比为1，第二开关阀的占空比为3u-1，第三开关阀占空比为0；第二周期T内，第一开关阀的占空比为0，第二开关阀的占空比为1，第三开关阀的占空比为3u-1；第三周期T内，第一开关阀的占空比为3u-1，第二开关阀的占空比为0，第三开关阀的占空比为1；三个周期T作为一个循环，实现循环分配；
模式三，在第一个周期T内，第一开关阀的占空比为1，第二开关阀的占空比为1，第三开关阀占空比为3u-2；第二周期T内，第一开关阀的占空比为3u-2，第二开关阀的占空比为1，第三开关阀的占空比为1；第三周期T内，第一开关阀的占空比为1，第二开关阀的占空比为3u-2，第三开关阀的占空比为1；三个周期T内作为一个循环，实现循环分配。
有益效果：本发明与现有技术相比具有优点：使用该系统对于阵列高速开关阀进行PWM控制可以提高阵列高速开关阀的使用寿命。
此外，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
附图说明
图1为本发明中开关阀组原理图；
图2为本发明所述一种用于提高阵列高速开关阀使用寿命的PWM控制方法流程框图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，利用PWM控制器4控制阵列高速开关阀的工作状态，所述的阵列高速开关阀由第一开关阀1、第二开关阀2以及第三开关阀3并列构成，且第一开关阀1、第二开关阀2以及第三开关阀3是流量增益相同的三个开关阀。
如图2所示，本发明所述的一种提高阵列高速开关阀使用寿命的PWM控制方法，具体包括以下步骤：
(1.1)将控制量u平均分为三个范围，每个范围对应设置一种模式，包括模式一、模式二、模式三。所述的控制量u的范围为0-1，则当控制量为0-1/3时，处于模式一的状态；当控制量为1/3-2/3时，处于模式二的状态；当控制量为2/3-1时处于模式三的状态。所述的控制量为用于控制阵列高速开关阀平均输出流量的PWM信号占空比；
(1.2)每个模式状态下，对于阵列高速开关阀中的每个开关阀的PWM信号占空比进行分配，根据分配的占空比构建每个开关阀的工作状态；具体的分配方式如下：
模式一，仅第一开关阀1的占空比为3u，对应状态为PWM切换，而第二开关阀2和第三开关阀3的占空比均为0，对应状态为关闭；
模式二，第一开关阀1的占空比为1，对应状态分别为开启，第二开关阀2的占空比为3u-1，对应状态分别为PWM切换，第三开关阀3占空比为0,对应状态分别为关闭；
模式三，第一开关阀1的占空比为1，对应状态分别为开启，第二开关阀2的占空比为1，对应状态分别为开启，第三开关阀3占空比为3u-2，对应状态分别为PWM切换；
(1.3)以三个PWM信号周期T为一个循环周期，对每个模式下阵列高速开关阀中的每个开关阀的PWM信号占空比重新进行循环分配，达到每个模式下的每个开关阀处于任一工作状态时长相同。所述循环分配设置具体包括：
模式一，在第一个周期T内，第一开关阀1的占空比为3u，第二开关阀2的占空比为0，第三开关阀3占空比为0，开关阀1-3的状态分别为PWM切换、关闭和关闭；第二周期T内，第一开关阀1的占空比为0，第二开关阀2的占空比为3u，第三开关阀3的占空比为0，开关阀1-3的状态分别为关闭、PWM切换和关闭；第三周期T内，第一开关阀1的占空比为0，第二开关阀2的占空比为0，第三开关阀3的占空比为3u，开关阀1-3的状态分别为关闭、关闭和PWM切换；第四个周期T与第一个周期T的分配方式相同，以此规律循环工作，保证每个开关阀在切换次数接近，即三个周期T内作为一个循环，实现循环分配；
模式二，在第一个周期T内，第一开关阀1的占空比为1，第二开关阀2的占空比为3u-1，第三开关阀3占空比为0，开关阀1-3的状态分别为开启、PWM切换以及关闭；第二周期T内，第一开关阀1的占空比为0，第二开关阀2的占空比为1，第三开关阀3的占空比为3u-1，开关阀1-3的状态分别为关闭、开启和PWM切换；第三周期T内，第一开关阀1的占空比为3u-1，第二开关阀2的占空比为0，第三开关阀3的占空比为1，开关阀1-3的状态分别为PWM切换、关闭和开启；第四个周期T与第一个周期T的分配方式相同，以此规律循环工作，保证每个开关阀在切换次数接近，即三个周期T内作为一个循环，实现循环分配；
模式三，在第一个周期T内，第一开关阀1的占空比为1，第二开关阀2的占空比为1，第三开关阀3占空比为3u-2，开关阀1-3对应状态分别为开启，开启和PWM切换；第二周期T内，第一开关阀1的占空比为3u-2，第二开关阀2的占空比为1，第三开关阀3的占空比为1，开关阀1-3对应状态分别为PWM切换、开启和开启；第三周期T内，第一开关阀1的占空比为1，第二开关阀2的占空比为3u-2，第三开关阀3的占空比为1，开关阀1-3对应状态开启、PWM切换和开启；第四个周期T与第一个周期T的分配方式相同，以此规律循环工作，保证每个开关阀在切换次数接近，即三个周期T内作为一个循环，实现循环分配。
本发明还提供了一种提高阵列高速开关阀使用寿命的PWM控制系统，包括：
模式分配模块，用于将控制量u平均分为三个范围，每个范围对应设置一种模式，包括模式一、模式二、模式三；所述的控制量为用于控制阵列高速开关阀平均输出流量的PWM信号占空比；
PWM信号占空比逻辑分配模块，用于每个模式状态下，对于阵列高速开关阀中的每个开关阀的PWM信号占空比进行分配，根据分配的占空比构建每个开关阀的工作状态；具体的分配方式如下：模式一，第一开关阀的占空比为3u，第二开关阀的占空比与第三开关阀占空比均为0；模式二，第一开关阀的占空比为1，第二开关阀的占空比为3u-1，第三开关阀占空比均为0；模式三，第一开关阀的占空比为1、第二开关阀的占空比为1，第三开关阀占空比为3u-2；所述三种工作状态包括：开启、关闭和PWM切换；占空比为1代表工作状态为开启，占空比为0代表工作状态为关闭，占空比为其余数值代表工作状态为PWM切换。
PWM信号脉冲循环分配模块，用于以三个PWM信号周期T为一个循环周期，对每个模式下阵列高速开关阀中的每个开关阀的PWM信号占空比重新进行循环分配，从而达到每个模式下的每个开关阀处于任一工作状态时长相同。PWM信号脉冲循环分配模块中的循环分配设置具体包括：
模式一，在第一个周期T内，第一开关阀的占空比为3u，第二开关阀的占空比为0，第三开关阀占空比为0；第二周期T内，第一开关阀的占空比为0，第二开关阀的占空比为3u，第三开关阀的占空比为0；第三周期T内，第一开关阀的占空比为0，第二开关阀的占空比为0，第三开关阀的占空比为3u；三个周期T内作为一个循环，实现循环分配；
模式二，在第一个周期T内，第一开关阀的占空比为1，第二开关阀的占空比为3u-1，第三开关阀占空比为0；第二周期T内，第一开关阀的占空比为0，第二开关阀的占空比为1，第三开关阀的占空比为3u-1；第三周期T内，第一开关阀的占空比为3u-1，第二开关阀的占空比为0，第三开关阀的占空比为1；三个周期T内作为一个循环，实现循环分配；
模式三，在第一个周期T内，第一开关阀的占空比为1，第二开关阀的占空比为1，第三开关阀占空比为3u-2；第二周期T内，第一开关阀的占空比为3u-2，第二开关阀的占空比为1，第三开关阀的占空比为1；第三周期T内，第一开关阀的占空比为1，第二开关阀的占空比为3u-2，第三开关阀的占空比为1；三个周期T内作为一个循环，实现循环分配。
此外，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。

Claims (8)

1.一种提高阵列高速开关阀使用寿命的PWM控制方法，其特征在于，利用PWM控制器控制由流量增益相同的第一开关阀、第二开关阀以及第三开关阀并列构成的阵列高速开关阀的工作状态，具体包括以下步骤：
(1.1)将控制量u平均分为三个范围，每个范围对应设置一种模式，包括模式一、模式二、模式三；所述的控制量为用于控制阵列高速开关阀平均输出流量的PWM信号占空比；
(1.2)每个模式状态下，对于阵列高速开关阀中的每个开关阀的PWM信号占空比进行分配，根据分配的占空比构建每个开关阀的工作状态；具体的分配方式如下：
模式一，u取值范围为0-1/3，第一开关阀的占空比为3u，第二开关阀的占空比与第三开关阀占空比均为0；模式二，u取值范围为1/3-2/3，第一开关阀的占空比为1，第二开关阀的占空比为3u-1，第三开关阀占空比为0；模式三，u取值范围为2/3-1，第一开关阀的占空比为1、第二开关阀的占空比为1，第三开关阀占空比为3u-2；所述工作状态包括：开启、关闭和PWM切换；占空比为1代表工作状态为开启，占空比为0代表工作状态为关闭，占空比为其余数值代表工作状态为PWM切换。
2.根据权利要求1所述的提高阵列高速开关阀使用寿命的PWM控制方法，其特征在于，还包括步骤：
(1.3)以三个PWM信号周期T为一个循环周期，对每个模式下阵列高速开关阀中的每个开关阀的PWM信号占空比重新进行循环分配，从而达到每个模式下的每个开关阀处于任一工作状态时长相同。
3.根据权利要求2所述的提高阵列高速开关阀使用寿命的PWM控制方法，其特征在于，所述的循环分配设置具体包括：
模式一，在第一个周期T内，第一开关阀的占空比为3u，第二开关阀的占空比为0，第三开关阀占空比为0；第二周期T内，第一开关阀的占空比为0，第二开关阀的占空比为3u，第三开关阀的占空比为0；第三周期T内，第一开关阀的占空比为0，第二开关阀的占空比为0，第三开关阀的占空比为3u；三个周期T作为一个循环，实现循环分配；
模式二，在第一个周期T内，第一开关阀的占空比为1，第二开关阀的占空比为3u-1，第三开关阀占空比为0；第二周期T内，第一开关阀的占空比为0，第二开关阀的占空比为1，第三开关阀的占空比为3u-1；第三周期T内，第一开关阀的占空比为3u-1，第二开关阀的占空比为0，第三开关阀的占空比为1；三个周期T作为一个循环，实现循环分配；
模式三，在第一个周期T内，第一开关阀的占空比为1，第二开关阀的占空比为1，第三开关阀占空比为3u-2；第二周期T内，第一开关阀的占空比为3u-2，第二开关阀的占空比为1，第三开关阀的占空比为1；第三周期T内，第一开关阀的占空比为1，第二开关阀的占空比为3u-2，第三开关阀的占空比为1；三个周期T内作为一个循环，实现循环分配。
4.一种提高阵列高速开关阀使用寿命的PWM控制系统，其特征在于，包括：
模式分配模块，用于将控制量u平均分为三个范围，每个范围对应设置一种模式，包括模式一、模式二、模式三；所述的控制量为用于控制阵列高速开关阀平均输出流量的PWM信号占空比；
PWM信号占空比逻辑分配模块，用于每个模式状态下，对于阵列高速开关阀中的每个开关阀的PWM信号占空比进行分配，根据分配的占空比构建每个开关阀的工作状态；具体的分配方式如下：
模式一，u取值范围为0-1/3，第一开关阀的占空比为3u，第二开关阀的占空比与第三开关阀占空比均为0；模式二，u取值范围为1/3-2/3，第一开关阀的占空比为1，第二开关阀的占空比为3u-1，第三开关阀占空比为0；模式三，u取值范围为2/3-1，第一开关阀的占空比为1、第二开关阀的占空比为1，第三开关阀占空比为3u-2；所述工作状态包括：开启、关闭和PWM切换；占空比为1代表工作状态为开启，占空比为0代表工作状态为关闭，占空比为其余数值代表工作状态为PWM切换。
5.根据权利要求4所述的提高阵列高速开关阀使用寿命的PWM控制系统，其特征在于，还包括：
PWM信号脉冲循环分配模块，用于以三个PWM信号周期T为一个循环周期，对每个模式下阵列高速开关阀中的每个开关阀的PWM信号占空比重新进行循环分配，从而达到每个模式下的每个开关阀处于任一工作状态时长相同。
6.根据权利要求5所述的提高阵列高速开关阀使用寿命的PWM控制系统，其特征在于，PWM信号脉冲循环分配模块中的循环分配设置具体包括：
模式一，在第一个周期T内，第一开关阀的占空比为3u，第二开关阀的占空比为0，第三开关阀占空比为0；第二周期T内，第一开关阀的占空比为0，第二开关阀的占空比为3u，第三开关阀的占空比为0；第三周期T内，第一开关阀的占空比为0，第二开关阀的占空比为0，第三开关阀的占空比为3u；三个周期T作为一个循环，实现循环分配；
模式二，在第一个周期T内，第一开关阀的占空比为1，第二开关阀的占空比为3u-1，第三开关阀占空比为0；第二周期T内，第一开关阀的占空比为0，第二开关阀的占空比为1，第三开关阀的占空比为3u-1；第三周期T内，第一开关阀的占空比为3u-1，第二开关阀的占空比为0，第三开关阀的占空比为1；三个周期T作为一个循环，实现循环分配；
模式三，在第一个周期T内，第一开关阀的占空比为1，第二开关阀的占空比为1，第三开关阀占空比为3u-2；第二周期T内，第一开关阀的占空比为3u-2，第二开关阀的占空比为1，第三开关阀的占空比为1；第三周期T内，第一开关阀的占空比为1，第二开关阀的占空比为3u-2，第三开关阀的占空比为1；三个周期T内作为一个循环，实现循环分配。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至权利要求3中任一所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至权利要求3中任一所述的方法的步骤。
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