[發明專利]一種可提高電磁閥響應速度和運動速度的控制系統及其方法

在審

• 申請號: 202110930162.5
• 申請日: 2021-08-13
• 公開（公告）號: CN113790298A
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 鐘麒;徐恩光;謝耿;汪謝樂;何賢劍;王軍;李研彪
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: F16K31/06
• 分類號: F16K31/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種可提高電磁閥響應速度和運動速度的控制系統，其特征在于包括控制器、恒電壓源、占空比控制模塊、開關k2、H橋功率放大器、蓄能模塊、單刀雙擲開關和電流傳感器；

恒電壓源的輸出端與占空比控制模塊相連，所述開關k2和蓄能模塊串聯組成第一并聯支路，H橋功率放大器、單刀雙擲開關及單刀雙擲開關的第一觸點A組成第二并聯支路；第一并聯支路和第二并聯支路并聯后接入占空比控制模塊輸出端和電流傳感器之間，所述單刀雙擲開關的第二觸點B與蓄能模塊的輸入端相連；電流傳感器與被控電磁閥的線圈相連用于檢測線圈電流大小；

所述控制器與占空比控制模塊相連，并控制占空比控制模塊的輸出占空比；控制器與H橋功率放大器相連控制控制流經電磁閥的電流方向，控制器與電流傳感器相連獲取線圈電流大小；控制器分別控制開關k2的啟閉信號，和單刀雙擲開關的觸點A和觸點B的切換信號。

2.根據權利要求1所述的可提高電磁閥響應速度和運動速度的控制系統，其特征在于，所述蓄能模塊具有兩個輸入端分支，其中一個輸入端分支與開關k2相連，另一個輸入端分支與單刀雙擲開關的第二觸點B相連。

3.根據權利要求1所述的可提高電磁閥響應速度和運動速度的控制系統，其特征在于，所述的蓄能模塊包括n個串聯的蓄能單元，n大于等于1。

4.根據權利要求3所述的可提高電磁閥響應速度和運動速度的控制系統，其特征在于，所述蓄能單元為電容或者化學電池中的一種。

5.一種基于權利要求1-4任一項所述系統的電磁閥控制方法，其特征在于所述方法將電磁閥的一個工作周期分為至少包括預加載階段、開啟階段、開啟維持階段、關閉階段和關閉維持階段；在一個周期內，所述方法包括如下步驟：

1)預加載階段

控制器預先開啟開關k2、單刀雙擲開關選擇連通第一觸點A，控制器觸發占空比控制模塊輸出占空比為α的高頻方波信號給恒電壓源，恒電壓源輸出相應的電壓方波，在電壓方波作用下，線圈電流達到預加載電流值I_pon并維持，待預加載電流穩定后閉合開關k2，其中預加載電流值I_pon小于臨界開啟電流值I_on；

開關k2閉合后，蓄能模塊開始充電；

2)開啟階段

控制信號上升沿到來時，控制器斷開開關k2，單刀雙擲開關選擇連通第二觸點B，控制器觸發占空比控制模塊輸出占空比為100％的方波信號給恒電壓源，恒電壓源輸出相應的電壓方波，同時蓄能模塊放電，將激勵電壓沖擊放大，在電壓作用下，線圈電流快速上升，當線圈電流達到臨界開啟電流值I_on時電磁閥打開，線圈電流持續上升直至達到開啟觸發電流I_ton；

3)開啟維持階段

當線圈電流上升達到開啟觸發電流I_ton時，閉合開關k2，單刀雙擲開關由第二觸點B切換到第一觸點A，控制器觸發占空比控制模塊輸出占空比為β的高頻方波信號給恒電壓源，恒電壓源輸出相應的電壓方波，在電壓方波作用下，線圈電流調控至維持電流值I_hold并維持，維持電流值I_hold大于臨界關閉電流值I_off；

在所述開啟維持階段，蓄能模塊進行充電；

4)關閉階段

當控制信號下降沿到來時，控制器給H橋功率放大器反向的信號，控制器觸發占空比控制模塊輸出占空比為100％的高頻方波信號，在反向電壓方波作用下，線圈電流迅速下降；線圈電流小于臨界關閉電流值I_off時，電磁閥關閉，線圈電流持續下降，直至電流卸荷至關閉觸發電流值I_toff；

4)關閉維持階段

電流卸荷至關閉觸發電流值I_toff時，控制器觸發占空比控制模塊的占空比至0，激勵電壓為零，即進入關閉維持階段，直至下個預加載階段到來。

6.根據權利要求5所述的控制方法，其特征在于所述的預加載電流值I_pon為臨界開啟電流值I_on的90-95％；占空比為α的電壓方波的等效電壓為預加載電流值與線圈電阻的乘積。