專利名稱：一種控制電磁閥的控制系統(tǒng)與控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子電路的控制領域，尤其涉及一種控制電磁閥的控制系統(tǒng)與控制方法。
背景技術：
隨著機電液一體化技術和產品的發(fā)展與開發(fā)，電液閥的應用越來越廣泛。在工程應用(尤其是在工程機械)中，由控制器的脈寬調制(PWM)輸出直接連接到電液閥的電磁線圈兩端，通過調節(jié)PWM輸出的占空比來改變作用在電液閥的電磁線圈上的電流的有效值，從而通過控制電液閥閥芯的位移量來調節(jié)流量。電液閥的閥芯的位移或推力正比于流經電磁線圈的電流的有效值。若該電流固定不變，則閥芯位置也固定不動，這樣當改變電流時，閥芯要克服靜摩擦才能從靜止狀態(tài)開始動作，故產生所謂的“粘滯”效應，增大了滯后，降低了響應速度和靈敏度。因此，通常需要在控制器的控制信號中加入顫振信號，以給閥芯施加小幅振動，使其始終處于振動狀態(tài)，將靜摩擦轉換為動摩擦，從而改善其響應速度和響應靈敏度，減小滯后。目前加入顫振的方法一般有兩種。一種是若控制器的PWM輸出本身提供顫振功能，則可直接通過控制器的PWM函數(shù)來設置PWM輸出的占空比、頻率以及顫振的占空比、頻率等相關參數(shù)。另一種是若控制器沒有直接提供顫振功能，則需要編制程序軟件來以一定頻率刻意改變PWM輸出的占空比從而實現(xiàn)顫振功能。這兩種方法的本質都是以一定頻率改變PWM輸出波形的占空比，以期通過PWM波形占空比的周期變化來實現(xiàn)顫振。圖1(a)示出了無顫振功能的PWM波形(實線)以及電磁鐵線圈上產生的實際電流I (虛線)，其中PWM波形的周期為f、占空比為50%，圖中還示出了電磁鐵線圈的有效電流IEFF。通過改變PWM輸出波形的占空比來實現(xiàn)顫振的原理如圖 1 (b)所示，其中，前4個PWM波形的占空比為60%，后4個PWM波形的占空比為40%，從而使得電磁線圈上的有效電流Ieff的幅值變化為10%、頻率變化為1/8倍的PWM頻率變化，這樣就產生了顫振作用。從電氣角度分析，由于電磁線圈的電感特性，所以在改變PWM輸出波形的占空比或頻率時，線圈電流會在臨近PWM波形的周期過渡區(qū)域表現(xiàn)為一定幅值的下降和上升(見圖lb)，即顫振本質上是線圈電流的寄生紋波。因此，顫振信號與PWM控制信號是耦合在一起的，顫振信號的幅值和頻率受PWM信號和線圈電感的共同影響，所以很難找到合適的PWM 信號頻率來兼顧線圈電流的有效值和顫振信號，而且也難以實現(xiàn)線圈電流的有效值和顫振的幅度和頻率之間的獨立調節(jié)。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中很難找到合適的PWM信號頻率來兼顧線圈電流的有效值和顫振信號以及難以實現(xiàn)線圈電流的有效值和顫振的幅度和頻率之間的獨立調節(jié)的缺陷， 提供一種能夠克服上述缺陷的控制電磁閥的控制系統(tǒng)和控制方法。
本發(fā)明提供一種控制電磁閥的控制系統(tǒng)，該電磁閥包括電磁線圈和閥芯，該控制系統(tǒng)包括信號發(fā)生器，其中，所述信號發(fā)生器產生兩個獨立的控制信號，并通過所述信號發(fā)生器的兩個不同的輸出端子將所述兩個獨立的控制信號輸出到所述電磁線圈，其中一個所述控制信號用于控制所述電磁線圈上的電流的有效值，另一個所述控制信號用于引起所述閥芯的顫振。本發(fā)明還提供一種控制電磁閥的控制方法，該電磁閥包括電磁線圈和閥芯，該方法包括產生兩個獨立的控制信號，其中一個所述控制信號用于控制所述電磁線圈上的電流的有效值，另一個所述控制信號用于引起所述閥芯的顫振；以及將所述兩個獨立的控制信號傳遞到所述電磁線圈。由于根據本發(fā)明的控制系統(tǒng)和控制方法向電磁線圈提供了兩個獨立的控制信號， 即用于控制電磁線圈上的電流的有效值的控制信號以及用于引起閥芯的顫振的控制信號， 所以根據本發(fā)明的控制系統(tǒng)和控制方法能夠實現(xiàn)線圈電流的有效值和顫振的幅度和頻率之間的獨立調節(jié)，并且能夠容易地找到合適的控制信號頻率來兼顧線圈電流的有效值和顫振信號。


圖Ia示出了無顫振功能的PWM波形(實線)以及電磁線圈上產生的實際電流I ；圖Ib示出了改變PWM波形的占空比后的電磁線圈上的電流；圖2是根據本發(fā)明一種實施方式的控制電磁閥的控制系統(tǒng)；圖3是根據本發(fā)明另一實施方式的控制電磁閥的控制系統(tǒng)；圖4是根據本發(fā)明一種實施方式的控制電磁閥的控制方法。
具體實施例方式下面結合附圖來詳細描述根據本發(fā)明的控制系統(tǒng)和控制方法。首先，如圖2所示，本發(fā)明提供一種控制電磁閥的控制系統(tǒng)，該電磁閥Yl包括電磁線圈和閥芯(圖中未詳細示出電磁閥Yi的內部具體結構)，該控制系統(tǒng)包括信號發(fā)生器 10，其中，所述信號發(fā)生器10產生兩個獨立的控制信號，所述兩個獨立的控制信號通過所述信號發(fā)生器10的兩個不同的輸出端子(即OUtl和out2)輸出并且都被傳遞到所述電磁線圈，其中一個所述控制信號用于控制所述電磁線圈上的電流的有效值，另一個所述控制信號用于引起所述閥芯的顫振。這樣，兩個獨立的控制信號就施加到了電磁線圈上，使得能夠實現(xiàn)電磁線圈電流有效值與閥芯顫振的單獨調節(jié)。在根據本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，用于控制所述電磁線圈上的電流的有效值的控制信號為方波、三角波、正弦波中的一種，用于引起所述閥芯的顫振的控制信號為方波、三角波、正弦波中的一種。其中，可以根據實際應用中對電磁線圈的電流的有效值以及閥芯的顫振的要求來設置這兩個控制信號，從而實現(xiàn)了本發(fā)明對電磁線圈電流有效值和閥芯顫振獨立調節(jié)的目的。在根據本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式中，用于控制所述電磁線圈上的電流的有效值的控制信號和用于引起所述閥芯的顫振的控制信號均優(yōu)選為方波，例如，脈沖寬度調制(PWM)波。而且，用于控制所述電磁線圈上的電流的有效值的PWM信號與用于引起閥芯的顫振的控制信號彼此獨立，但是，后者的有效值可以為前者的有效值的0. 05至0. 2倍，這樣就可以實現(xiàn)閥芯的微小抖動，從而增加電磁閥的響應速度、降低滯后。本文中，電磁閥可以指的是液壓系統(tǒng)中常用的電液比例閥、電液伺服閥等，也可以指的是氣壓傳動控制系統(tǒng)中的氣動比例閥、氣動伺服閥等?？傊鶕景l(fā)明的控制電磁閥的控制系統(tǒng)可以對通過電磁方式控制的、在操作中需要產生閥芯的顫振以改善響應速度并降低滯后的任意類型的電磁閥進行控制。另外，為了避免信號發(fā)生器10輸出的兩路控制信號的相互影響，在根據本發(fā)明的又一優(yōu)選實施方式中，在信號發(fā)生器10的兩個不同輸出端子OUtl和out2與電磁鐵Yl的電磁線圈之間分別連接有二極管Dl和D2 (如圖3所示)，其中二極管Dl的正極連接到輸出端子outl，二極管D2的正極連接到輸出端子out2?？梢愿鶕盘柊l(fā)生器10輸出的控制信號的頻率、回路電流的大小等來選擇二極管的類型，信號發(fā)生器10輸出的控制信號的頻率越高，所選二極管的工作頻率就應當越大，回路電流越大，則所選二極管的額定電流就越大。在上面的描述中，信號發(fā)生器10優(yōu)選為PLC控制器。本發(fā)明還提供了一種控制電磁閥的控制方法，該電磁閥包括電磁線圈和閥芯。如圖4所示，根據本發(fā)明的控制電磁鐵的控制方法包括S41、產生兩個獨立的控制信號，其中一個所述控制信號用于控制所述電磁線圈上的電流的有效值，另一個所述控制信號用于引起所述閥芯的顫振。在根據本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，用于控制所述電磁線圈上的電流的有效值的控制信號為方波、三角波、正弦波中的一種，用于控制所述閥芯的顫振的控制信號為方波、三角波、正弦波中的一種。其中，可以根據實際應用中對電磁線圈的電流的有效值以及閥芯的顫振的要求來設置這兩個控制信號，從而實現(xiàn)了本發(fā)明對電磁線圈電流有效值和閥芯顫振獨立調節(jié)的目的。在根據本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式中，用于控制所述電磁線圈上的電流的有效值的控制信號和用于引起所述閥芯的顫振的控制信號均優(yōu)選為方波，例如，脈沖寬度調制 (PWM)波。而且，用于控制所述電磁線圈上的電流的有效值的PWM信號與用于引起閥芯的顫振的控制信號彼此獨立，但是，后者的有效值可以為前者的有效值的0. 05至0. 2倍，這樣就可以實現(xiàn)閥芯的微小抖動，從而增加電磁閥的響應速度、降低滯后。本文中，電磁閥可以指的是液壓系統(tǒng)中常用的電液比例閥、電液伺服閥等，也可以指的是氣壓傳動控制系統(tǒng)中的氣動比例閥、氣動伺服閥等。總之，根據本發(fā)明的控制電磁閥的控制系統(tǒng)可以對通過電磁方式控制的、在操作中需要產生閥芯的顫振以改善響應速度并降低滯后的任意類型的電磁閥進行控制。S42、將所述兩個獨立的控制信號傳遞到所述電磁線圈。以上結合本發(fā)明的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明進行了詳細描述，但是在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下，本領域技術人員可以對本發(fā)明進行各種變形和修改。
權利要求
1.一種控制電磁閥的控制系統(tǒng)，該電磁閥包括電磁線圈和閥芯，該控制系統(tǒng)包括信號發(fā)生器，其中，所述信號發(fā)生器產生兩個獨立的控制信號，并通過所述信號發(fā)生器的兩個不同的輸出端子將所述兩個獨立的控制信號輸出到所述電磁線圈，其中一個所述控制信號用于控制所述電磁線圈上的電流的有效值，另一個所述控制信號用于引起所述閥芯的顫振。
2.根據權利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，用于控制所述電磁線圈上的電流的有效值的控制信號和用于引起所述閥芯的顫振的控制信號均為方波。
3.根據權利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中，用于控制所述電磁線圈上的電流的有效值的控制信號與用于引起所述閥芯的顫振的控制信號的周期和幅值相互獨立，并且用于引起所述閥芯的顫振的控制信號的有效值為用于控制所述電磁線圈上的電流的有效值的控制信號的有效值的0. 05至0. 2倍。
4.根據權利要求1至3中任一項權利要求所述的控制系統(tǒng)，其中，在所述兩個不同的輸出端子與所述電磁線圈之間分別連接有二極管，并且各個所述二極管的負極與所述電磁線圈連接。
5.根據權利要求1至3中任一項權利要求所述的控制系統(tǒng)，其中，所述信號發(fā)生器為控制器。
6.一種控制電磁閥的控制方法，該電磁閥包括電磁線圈和閥芯，該方法包括產生兩個獨立的控制信號，其中一個所述控制信號用于控制所述電磁線圈上的電流的有效值，另一個所述控制信號用于引起所述閥芯的顫振；以及將所述兩個獨立的控制信號傳遞到所述電磁線圈。
7.根據權利要求6所述的控制方法，其中，用于控制所述電磁線圈上的電流的有效值的控制信號和用于引起所述閥芯的顫振的控制信號均為方波。
8.根據權利要求7所述的控制方法，其中，用于控制所述電磁線圈上的電流的有效值的控制信號與用于引起所述閥芯的顫振的控制信號的周期和幅值相互獨立，并且用于引起所述閥芯的顫振的控制信號的有效值為用于控制所述電磁線圈上的電流的有效值的控制信號的有效值的0. 05至0. 2倍。
全文摘要
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中很難找到合適的PWM信號頻率來兼顧線圈電流的有效值和顫振信號以及難以實現(xiàn)線圈電流的有效值和顫振的幅度和頻率之間的獨立調節(jié)的缺陷，提供了一種能夠克服上述缺陷的控制電磁閥的控制系統(tǒng)和控制方法。本發(fā)明提供一種控制電磁閥的控制系統(tǒng)，該電磁閥包括電磁線圈和閥芯，該控制系統(tǒng)包括信號發(fā)生器，其中，所述信號發(fā)生器產生兩個獨立的控制信號，并通過所述信號發(fā)生器的兩個不同的輸出端子將所述兩個獨立的控制信號輸出到所述電磁線圈，其中一個所述控制信號用于控制所述電磁線圈上的電流的有效值，另一個所述控制信號用于引起所述閥芯的顫振。
文檔編號F16K31/06GK102359644SQ201110317679
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權日2011年10月18日
發(fā)明者劉權, 詹純新, 郭紀梅, 黎鑫溢 申請人:中聯(lián)重科股份有限公司