[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

本發明公開了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。系統包括控制器、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等部件。本發明通過預加載調制電壓的方法，先將預加載階段的初始電流穩定在略小于臨界開啟電流值；等到控制信號的上升沿來臨時，通過電容儲能后放電，在沖擊電壓的作用下，電流值快速上升到開啟電流值，大幅減少了電磁開關閥的開啟滯后時間；在開啟維持階段，電流穩定在略大于臨界關閉電流值，提高關閉階段動態響應。本發明可以同時減少電磁開關閥的開啟滯后時間和開啟運動時間，大幅提高了電磁開關閥的響應速度，從而提高電磁開關閥開啟動態特性和控制精度。

技術領域

本發明屬于電磁閥控制技術領域，具體涉及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。

背景技術

數字液壓技術采用離散流體進行傳動控制。電磁開關閥是現代數字液壓系統中的重要控制元件，具有結構緊湊、抗污染性強、控制簡單、價格低廉等優點。動態特性是衡量電磁開關閥性能的重要指標，是決定電磁開關閥控液壓系統控制精度的關鍵。電磁開關閥具有激勵電壓越高，線圈電流越大，產生的電磁力越大的特點。

啟閉階段的初始電流和驅動電壓是影響啟閉階段的動態特性的兩個重要參數。若將電磁閥應用在高頻響、高動態的工況中，提高電磁閥開啟階段的動態性能是很有必要性的。

已有研究在電磁閥開啟階段前增加了預加載階段，通過調制電壓使得初始電流略小于臨界開啟電流值，減小了開啟滯后時間，但此類改進僅在單方面的局部優化了電磁閥開啟的動態特性。

另有技術報道在電磁閥啟閉的各階段利用多個電壓源和選擇開關進行電壓源切換的方式，在各階段采用不同的機理電壓，但多電壓源的方式從硬件實現上來說非常復雜，成本也較高。現有技術也有嘗試采用單一電壓源的報道，但由于電磁閥在各個階段所需激勵電壓的需求差異較大，例如開啟階段要求瞬時激勵電壓高，而預加載階段所需激勵電壓低。采用單一電壓源的方案下，為了在開啟階段能提供高激勵電壓，電壓源必須配置高電壓輸出，但在其它階段，并不需要高電壓輸出，導致電壓源功率無法做到合理分配。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明提供了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。本發明通過預加載調制電壓的方法，先將預加載階段的初始電流穩定在略小于臨界開啟電流值；等到控制信號的上升沿來臨時，通過電容儲能后放電，在沖擊電壓的作用下，電流值快速上升到開啟電流值，大幅減少了電磁開關閥的開啟滯后時間；在開啟維持階段，電流穩定在略大于臨界關閉電流值，提高關閉階段動態響應。

本發明的技術方案具體如下：

本發明首先提供了一種可提高電磁閥響應速度和運動速度的控制系統，其包括控制器、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恒電壓源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。

優選的，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。

所述的蓄能模塊可以是一個蓄能單元；為了提高電壓放大的倍數，所述的蓄能模塊可以包括多個串聯的蓄能單元。

優選的，所述蓄能單元為電容或者化學電池中的一種。