CN117823291A - 一种比例阀控制方法、系统、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种比例阀控制方法、系统、装置及存储介质，包括，获取所述比例阀的开度；基于所述比例阀的开度的变化趋势，判断所述比例阀的开度变化是否属于临界阶段，其中，临界阶段为所述比例阀开度在关闭与临界开启之间变化的阶段或者比例阀的开度在最大开度与临界最大开度之间变化的阶段；当所述比例阀的开度变化属于临界阶段时，采用预设的固定占空比，频率变化的信号来控制比例阀开度，当所述比例阀的开度变化不属于临界阶段时，采用预设的固定频率，改变占空比的信号来控制比例阀开度，本发明能够解决现有技术中比例阀开度控制中的流量迟滞差造成的控制精度降低的问题。

Description

一种比例阀控制方法、系统、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及比例阀控制技术领域，具体涉及一种比例阀控制方法、系统、装置及存储介质。

背景技术

比例阀作为一种精确控制流通量的液压精密元件，在各行各业都有着广泛的应用。大功率共轨柴油机通过控制高压油泵的进油量来闭环控制共轨压力的稳定性，而高压油泵的进油量通过安装的流量比例阀实现的闭环反馈控制。

目前实际应用的比例阀控制方式均为PWM波驱动电压充放电形式输出电流形式为三角形锯齿波，波形的平均电流值为约三角波的三分之二处，通过查找比例阀特性曲线的MAP图用电流与流量之间的对应关系推导出电流与开度之间的关系。这种流量比例阀控制有两大弊端影响轨压控制的精度。第一，这种比例阀控制方式的开启电流和关闭电流在不同的动作方向上是不一样的，即形成流量比例阀的流量迟滞特性，其影响因素有阀杆运动部件加工精度的差异、运动件磨损、背压弹簧的惯性力等；第二，流量比例阀的线性度差，电流和开度之间为非线性的关系，但在控制过程中把它看作线性的关系来处理，因此在控制的过程中自然产生反馈的误差，共轨压力的闭环控制回路本身就有延迟误差，再叠加比例阀的误差会降低轨压控制精度。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种比例阀控制方法、系统、装置及存储介质，以解决现有技术中比例阀开度控制中流量迟滞差造成的控制精度降低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种比例阀控制方法，包括以下步骤：

获取所述比例阀的开度，并将比例阀的开度按比例划分为0%至100%，其中，比例阀的开度为0%代表比例阀为关闭状态，比例阀的开度为100%代表比例阀为最大开度状态；

基于所述比例阀的开度的变化趋势，判断所述比例阀的开度变化是否属于临界阶段，其中，临界阶段为所述比例阀的开度在关闭与临界开启之间变化的阶段或者比例阀的开度在最大开度与临界最大开度之间变化的阶段，设定比例阀的开度从0%变化为a%时或从a%变化为0%为第一临界阶段，比例阀开度从100%变化为b%或从b%时变化为100%为第二临界阶段，其中，a%小于b%；

当所述比例阀的开度变化属于临界阶段时，采用预设的固定占空比，频率变化的信号来控制比例阀的开度，当所述比例阀的开度变化不属于临界阶段时，采用预设的固定频率，改变占空比的信号来控制比例阀的开度。

进一步，设定比例阀的开度从0%变化为10%时或从10%变化为0%为第一临界阶段，比例阀开度从100%变化为90%或从90%时变化为100%为第二临界阶段。

进一步，所述采用预设的固定占空比，频率变化的信号，包括：

基于所述比例阀的设计开启电流或者设计关闭电流确定所述预设的固定占空比；

所述频率的变化范围在500Hz至450Hz之间，且频率随着比例阀的开度的大小变化。

进一步，所述频率随着比例阀的开度的大小变化，具体为：

当比例阀的开度变化属于第一临界阶段时，频率大小与比例阀的开度成反比；

当比例阀的开度变化属于第二临界阶段时，频率大小与比例阀的开度成正比。

进一步，所述预设的固定频率，改变占空比的信号来控制比例阀开度，具体为：

所述预设的固定频率的范围在150Hz至200Hz之间；

基于比例阀特性曲线标定比例阀开度与比例阀控制电流之间的对应关系；

根据比例阀目标开度确定比例阀控制电流，基于比例阀控制电流得到目标占空比。

第二方面，本申请实施例提供了比例阀控制系统，包括：

执行模块，所述执行模块输出预设的固定频率，改变占空比的信号来控制比例阀的开度；

数据获取模块，所述数据获取模块用于获取所述比例阀的开度；

补偿模块，所述补偿模块用于判断所述比例阀的开度变化是否属于临界阶段；其中，临界阶段为所述比例阀的开度在关闭与临界开启之间变化的阶段或者比例阀的开度在最大开度与临界最大开度之间变化的阶段，当比例阀的开度变化属于临界阶段时，对执行模块输出信号叠加固定占空比，频率变化的补偿信号。

进一步，所述执行模块，包括：

上位机，所述上位机基于所需比例阀目标流量发出PWM波的控制参数；

PWM信号发生器，所述PWM信号发生器基于上位机发出的PWM波的控制参数，输出占空比、频率、最大占空比均可调的高低电平开关信号；

控制器，所述控制器将PWM信号发生器输出的高低电平开关信号和补偿模块输出的补偿信号转换为驱动电流以控制比例阀的开度。

进一步，所述数据获取模块包括位移传感器，所述位移传感器安装在比例阀阀芯的输出端，用于检测比例阀的开度；

所述判断模块包括动作补偿器，所述动作补偿器根据比例阀的开度的变化趋势判断所述比例阀的开度变化是否属于临界阶段，当比例阀的开度变化属于临界阶段时，对所述控制器输出固定占空比，频率变化的补偿信号。

第三方面，本申请实施例提供了一种比例阀控制装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述比例阀控制方法的步骤。

第四方面，本申请实施例提供了存储介质，其内存储有计算机可读程序，所述计算机可读程序被调用时能执行如上述所述的比例阀控制方法的步骤。

本发明的有益效果：

由于比例阀在开启或关闭的临界过程中在开度变化的初期给定高频且衰减的固定控制电流输出，实现了比例阀临界过程的快速响应，比例阀一旦从开启临界点或者关闭临界点状态转移，即改为常规的固定频率控制占空比输出的比例阀控制方式；通过固定比例阀开启临界点和关闭临界点的控制电流大小缓解了开启电流和关闭电流在不同的动作方向变化程度，能够消除比例阀在循环工作中产生的电流漂移导致的流量迟滞，同时临界点的高频控制可以避免因为比例阀工作过程中不稳定的流量压力及背压导致的比例阀不能全开或全关的问题，提高了比例阀的控制精度和比例阀的响应特性。

附图说明

图1是比例阀控制方法的流程图；

图2是比例阀的流量滞环特性曲线的示意图；

图3是本实施例中比例阀流量与开度曲线的示意图；

图4是本实施例中传统比例阀控制信号的示意图；

图5是本实施例中比例阀的开度变化处于临界阶段时控制信号的示意图；

图6是本实施例中比例阀控制系统的结构原理框图。

图中的标记及技术特征：

1、上位机；2、PWM信号发生器；3、控制器；4、动作补偿器；5、开环比例阀；6、位移传感器。

具体实施方式

以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容能够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。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

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，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。

比例阀作为一种精确控制流通量的液压精密元件，在各行各业都有着广泛的应用。大功率共轨柴油机通过控制高压油泵的进油量来闭环控制共轨压力的稳定性，而高压油泵的进油量通过安装的流量比例阀实现的闭环反馈控制。图2为传统的控制方法获取的流量比例阀流量滞环特性曲线，因比例阀阀芯运动部件加工精度的差异，运动件动作过程中的运动磨损、背压弹簧的起弹力差异等导致了比例阀从全开到全闭的过程Q1与从全闭到全开的过程Q2的流量曲线不能重合，所以产生了图2中的Q1和Q2曲线中间的滞环流量，形成比例阀流量控制误差。

本实施例提供了一种比例阀控制方法，包括以下步骤：

S1、获取所述比例阀的开度，并将比例阀的开度按比例划分为0%至100%，其中，比例阀的开度为0%代表比例阀为关闭状态，比例阀的开度为100%代表比例阀为最大开度状态。

在本申请的一些实施例中，所述比例阀的开度通过安装在比例阀阀芯输出端的位移传感器6获取。

需要说明的是，本方法适用的比例阀为不带阀芯位置闭环的流量比例阀，其相对于有阀芯位移闭环成本更低。

S2、基于所述比例阀的开度的变化趋势，判断所述比例阀的开度变化是否属于临界阶段，其中，临界阶段为所述比例阀的开度在关闭与临界开启之间变化的阶段或者比例阀的开度在最大开度与临界最大开度之间变化的阶段，设定比例阀的开度从0%变化为a%时或从a%变化为0%为第一临界阶段，比例阀开度从100%变化为b%或从b%时变化为100%为第二临界阶段，其中，a%小于b%。

在本申请的一些实施例中，设定比例阀的开度从0%变化为10%时或从10%变化为0%为第一临界阶段，比例阀开度从100%变化为90%或从90%时变化为100%为第二临界阶段。

示例的，如图3所示，比例阀阀芯位置的开度为分为零（图3中A点）、开启点（图3中B点）、关闭点（图3中C点）、开度为1（图3中D点），在开环比例阀5全工作过程中理想情况为全线性过程，但是实际上不可能实现，通过试验测试发现比例阀的线性段BC段在10%-90%可以实现线性，因此定义B点为10%开度的阀芯位置，C点为90%开度的阀芯位置，比例阀工作状态从A点到B点的过程或从B点到A点的过程为第一临界阶段，比例阀工作状态从C点到D点或从D点到C点的过程为第二临界阶段。

S3、当所述比例阀的开度变化属于临界阶段时，采用预设的固定占空比，频率变化的信号来控制比例阀开度。

在本申请的一些实施例中，所述采用预设的固定占空比，频率变化的信号，包括：基于所述比例阀的设计开启电流或者设计关闭电流确定所述预设的固定占空比；所述频率的变化范围在500Hz至450Hz之间，且频率随着比例阀的开度的大小变化。其中，开启点B、关闭点C需要的设计开启电流或者设计关闭电流根据比例阀的最大设计电流的比例进行计算，通过设计开启电流或者设计关闭电流值换算出需要的固定占空比，频率变化范围根据常用流量比例阀的设计频率给出，一般在500-450Hz之间实现变频控制，频率太高阀芯发热量大，频率太低容易接近自振频率。

需要说明的是，如图4所示，为传统固定频率比例阀驱动电压波形曲线。在目标开度与初始开度差距叫大的情况下响应较慢，这就是控制滞后的一个影响因素。如图5所示，为变频比例阀驱动电压波形曲线。通过高频充放电过程快速形成驱动的近似三角波实现电流的快速爬升从而实现快速的比例阀开启过程，在比例阀动作的初期即临界阶段给定高频且衰减的固定占空比输出以快速实现比例阀位移响应，实际上固定了比例阀开启点和关闭点的电流大小，消除了开环比例阀5阀芯阀孔的间隙和形状精度及电磁铁的工作气隙问题在循环工作中产生的位移漂移导致的流量迟滞，提高比例阀输出特性的精度和稳定性，比例阀位移到达规定值时改为定频且变电流的形式控制开度以达到控制效果且减少发热延长比例阀使用寿命。

在本申请的一些实施例中，所述频率随着比例阀的开度的大小变化，具体为：当比例阀的开度变化属于第一临界阶段时，频率大小与比例阀的开度成反比；当比例阀的开度变化属于第二临界阶段时，频率大小与比例阀的开度成正比。

需要说明的是，在本申请的实施例中，通过临界状态的变频控制可以固定比例阀的开启和关闭电流，在比例阀开度最小和比例阀开度最大时采用最高频如500HZ的控制频率可以避免因为比例阀工作过程中不稳定的流量压力及背压导致的比例阀不能全开或全关的安全问题以及使控制电流快速达到设计开启电流或者设计关闭电流。

示例的，如图3所示，比例阀工作状态从零点A到开启点B，采用固定电流值I0、变频率的占空比控制方式，频率由高到低，直到开度到D1为止，比例阀工作状态从开启点B到零点A，采用固定电流值I0、变频率的占空比控制方式，频率由低到高，直到开度为0为止，其中I0为该比例电磁阀的设计开启电流。比例阀工作状态从C到D，采用固定电流值I1、变频率的占空比控制方式，频率由低到高，直到开度到1为止；比例阀工作状态从D到C，采用固定电流值I1、变频率的占空比控制方式，频率由高到低，直到开度为D2为止，其中I1为该比例电磁阀的设计关闭电流。

S4、当所述比例阀的开度变化不属于临界阶段时，采用预设的固定频率，改变占空比的信号来控制比例阀开度。

在本申请的一些实施例中，所述预设的固定频率，改变占空比的信号来控制比例阀开度，具体为：所述预设的固定频率的范围在150Hz至200Hz之间；基于比例阀特性曲线标定比例阀开度与比例阀控制电流之间的对应关系；根据比例阀目标开度确定比例阀控制电流，基于比例阀控制电流得到目标占空比。

需要说明的是，在本申请的实施例中，流量比例阀一旦从开启点B或者关闭点C的状态开始转移，输出控制即改为传统传统的PWM波占空比输出电压充放电波形的方式，即固定频率控制占空比输出，通过驱动电流值来控制开度。采用固定频率变电流的占空比控制方式，电流大小从开启电流到关闭电流线性变化，这就与控制上的线性化处理保持一致，不会出现控制误差，该过程的固定频率为较低频率一般选取150-200Hz左右，在比例阀主要的工作区域采用低频PWM波可以减少控制单元计算负荷同时降低比例阀电磁阀芯的发热量。

由以上实施例的详细说明可见，由于比例阀在开启和关闭的临界过程中在开度变化的初期给定高频且衰减的固定控制电流输出，实现了比例阀临界过程的快速响应，比例阀一旦从开启临界点或者关闭临界点状态转移，输出控制即改为常规的固定频率控制占空比输出；通过固定比例阀开启临界点和关闭临界点的控制电流大小缓解了开启电流和关闭电流在不同的动作方向变化程度，能够消除比例阀在循环工作中产生的电流漂移导致的流量迟滞，同时可以避免因为比例阀工作过程中不稳定的流量压力及背压导致的比例阀不能全开或全关的问题，提高了比例阀的控制精度和比例阀的响应特性。

第二方面，本申请实施例提供了比例阀控制系统，如图6所示，包括：

执行模块，所述执行模块输出预设的固定频率，改变占空比的信号来控制比例阀开度；

数据获取模块，所述数据获取模块用于获取所述比例阀的开度；

补偿模块，所述补偿模块用于判断所述比例阀的开度变化是否属于临界阶段；其中，临界阶段为所述比例阀开度在关闭与临界开启之间变化的阶段或者比例阀的开度在最大开度与临界最大开度之间变化的阶段，当比例阀的开度变化属于临界阶段时，对执行模块输出信号叠加固定占空比，频率变化的补偿信号。

在本申请的一些实施例中，所述执行模块，包括：

上位机1，所述上位机1基于所需比例阀目标流量发出PWM波的控制参数。

PWM信号发生器2，所述PWM信号发生器2基于上位机1发出的PWM波的控制参数，输出占空比、频率、最大占空比均可调的高低电平开关信号。

控制器3，所述控制器3将PWM信号发生器2输出的高低电平开关信号和补偿模块输出的补偿信号转换为驱动电流以控制比例阀开度。所述控制器3接收PWM信号发生器2给出的PWM占空比和动作补偿器4的判定信号进行比例阀工作状态判断，给出定、变频充放电波形驱动比例阀动作，确定输出电压充电时间及充、放电时间比。

在本申请的一些实施例中，所述数据获取模块包括位移传感器6，所述位移传感器6安装在比例阀阀芯输出端用于检测比例阀的开度。所述判断模块包括动作补偿器4，所述动作补偿器4根据比例阀的开度的变化趋势判断所述比例阀的开度变化是否属于临界阶段，当比例阀的开度变化属于临界阶段时，对所示控制器3输出固定占空比，频率变化的补偿信号，形成电流快速爬升和临界缓冲的作用。

第三方面，本申请实施例提供了一种比例阀控制装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述比例阀控制方法的步骤。

以上装置实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。在一些实施例中，本公开实施例提供的装置具有的功能或包含的模块可以用于执行上述方法实施例描述的方法，对于本申请装置实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述而理解。

第四方面，本申请实施例提供了存储介质，其内存储有计算机可读程序，所述计算机可读程序被调用时能执行如上述所述的比例阀控制方法的步骤。

在本申请的实施例中，存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质，或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如：软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如：数字通用光盘(digital versatiledisc，DVD))或半导体介质(例如：固态硬盘(solid state disk，SSD))等。值得注意的是，本申请提到的存储介质可以为非易失性存储介质，换句话说，可以是非瞬时性存储介质。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种比例阀控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取所述比例阀的开度，并将比例阀的开度按比例划分为0%至100%，其中，比例阀的开度为0%代表比例阀为关闭状态，比例阀的开度为100%代表比例阀为最大开度状态；

基于所述比例阀的开度的变化趋势，判断所述比例阀的开度变化是否属于临界阶段，其中，临界阶段为所述比例阀的开度在关闭与临界开启之间变化的阶段或者比例阀的开度在最大开度与临界最大开度之间变化的阶段，设定比例阀的开度从0%变化为a%时或从a%变化为0%为第一临界阶段，比例阀开度从100%变化为b%或从b%时变化为100%为第二临界阶段，其中，a%小于b%；

当所述比例阀的开度变化属于临界阶段时，采用预设的固定占空比，频率变化的信号来控制比例阀的开度，当所述比例阀的开度变化不属于临界阶段时，采用预设的固定频率，改变占空比的信号来控制比例阀的开度。

2.根据权利要求1所述的比例阀控制方法，其特征在于，所述临界阶段具体为：

设定比例阀的开度从0%变化为10%时或从10%变化为0%为第一临界阶段，比例阀的开度从100%变化为90%或从90%时变化为100%为第二临界阶段。

3.根据权利要求1所述的比例阀控制方法，其特征在于，所述采用预设的固定占空比，频率变化的信号，包括：

基于所述比例阀的设计开启电流或者设计关闭电流确定所述预设的固定占空比；

所述频率的变化范围在500Hz至450Hz之间，且频率随着比例阀的开度的大小变化。

4.根据权利要求3所述的比例阀控制方法，其特征在于，所述频率随着比例阀的开度的大小变化，具体为：

当比例阀的开度变化属于第一临界阶段时，频率大小与比例阀的开度成反比；

当比例阀的开度变化属于第二临界阶段时，频率大小与比例阀的开度成正比。

5.根据权利要求1所述的比例阀控制方法，其特征在于，所述预设的固定频率，改变占空比的信号来控制比例阀的开度，具体为：

所述预设的固定频率的范围在150Hz至200Hz之间；

基于比例阀特性曲线标定比例阀的开度与比例阀控制电流之间的对应关系；

根据比例阀目标开度确定比例阀控制电流，基于比例阀控制电流得到目标占空比。

6.一种比例阀控制系统，其特征在于，包括：

执行模块，所述执行模块输出预设的固定频率，改变占空比的信号来控制比例阀的开度；

数据获取模块，所述数据获取模块用于获取所述比例阀的开度；

补偿模块，所述补偿模块用于判断所述比例阀的开度变化是否属于临界阶段；其中，临界阶段为所述比例阀的开度在关闭与临界开启之间变化的阶段或者比例阀的开度在最大开度与临界最大开度之间变化的阶段，当比例阀的开度变化属于临界阶段时，对执行模块输出信号叠加固定占空比，频率变化的补偿信号。

7.根据权利要求6所述的比例阀控制系统，其特征在于，

所述执行模块，包括：

上位机，所述上位机基于所需比例阀目标流量发出PWM波的控制参数；

PWM信号发生器，所述PWM信号发生器基于上位机发出的PWM波的控制参数，输出占空比、频率、最大占空比均可调的高低电平开关信号；

控制器，所述控制器将PWM信号发生器输出的高低电平开关信号和补偿模块输出的补偿信号转换为驱动电流以控制比例阀的开度。

8.根据权利要求7所述的比例阀控制系统，其特征在于，

所述数据获取模块包括位移传感器，所述位移传感器安装在比例阀阀芯的输出端，用于检测比例阀的开度；

所述判断模块包括动作补偿器，所述动作补偿器根据比例阀的开度的变化趋势判断所述比例阀的开度变化是否属于临界阶段，当比例阀的开度变化属于临界阶段时，对所述控制器输出固定占空比，频率变化的补偿信号。

9.一种比例阀控制装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述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程序时实现如权利要求1至5任一项所述比例阀控制方法的步骤。

10.一种存储介质，其特征在于：其内存储有计算机可读程序，所述计算机可读程序被调用时能执行如权利要求1至权利要求5任一项所述的比例阀控制方法的步骤。