专利名称：用电磁开关阀控制流量连续可调的方法
技术领域：
本发明属于流体流量控制领域，具体的说是一种用电磁开关阀控制流量连续可调的方法，涉及位置、压力、流量等物理量目标达到一定要求精度控制的方法。
背景技术：
在冶金、水利、环保等行业中，通过液压系统对流量、压力、位置等物理量目标的精确控制，往往采用比例阀、伺服阀等线性连续执行机构，通过连续控制流过其阀的介质流量来完成，如中国专利CN2646748所公开的电液伺服位置控制装置就以通过伺服阀对流量的连续调节来实现位置控制。但比例阀、伺服阀往往需要相应配置一套电动伺服系统才能工作，所以其阀的结构复杂，相应的故障率也高，价格不菲、维护成本高、对使用环境的要求也较高。另外，比例阀、伺服阀等线性阀非常容易发生阀芯卡死、部件磨损等情况，其使用寿命较短。电磁开关阀(或称逻辑开关阀)不存在上述线性阀的不足，而且控制简单，可靠性较高，但它仅具备开关功能，不能对介质流量进行连续性控制，因此，目前在对物理量目标进行连续性闭环控制时并不采用开关阀。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中使用比例阀、伺服阀等线性执行机构所存在的结构复杂、可靠性不高、维护成本高、对使用环境要求高等不足，提供一种用电磁开关阀控制流量连续可调的方法，本方法可以对介质流量连续可调，且控制精度较高。
解决上述问题的技术方案是所提供的用电磁开关阀控制流量连续可调的方法如下在到达给定的流体目标量之前电磁开关阀连续周期性地进行开启和关闭；1)每个开启、关闭周期中电磁开关阀的开启、关闭时间按下式确定；f(t)=1;t∈[(n-1)KT,(n-1)KT+tn]0;t∈((n-1)KT+tn,nKT)]]>式中f(t)为电磁开关阀的输入信号，f(t)＝1时，电磁开关阀开启；f(t)＝0时，电磁开关阀关闭；t为实时时间；tn为控制开关阀的逻辑“1”时间；n是周期数，n为大于等于1的正整数，即n＝1，2，3，…；T为开关阀的最小开关周期；K为调整系数，K≥1，它与开关阀的最小开关周期T及所控制的系统惯性相关，K的取值应使系统惯性减小为准，若控制的系统惯性较大，调整系数K可取较大值，K值太大会增加控制系统的调节时间，一般情况下，调整系数K的取值为5≥K≥2；2)上式中控制开关阀的逻辑“1”时间tn由下面的表达式确定tn＝(Δx÷B)2×KT式中Δx为目标量差值(指闭环控制系统中给定的流体目标量与实际量之差)；
B为闭环控制系统的调整系数，它与控制精度相关，在一定范围内调整系数B越小，系统的调节精度就越高，一般情况下，调整系数B的取值为1≥B≥0.1。
从以上所建立的数学模型可知目标量差值Δx越大，开关阀在一个周期内的开通时间tn就越长；目标量差值Δx越小，开关阀在一个周期内的开通时间tn就越短。在实际过程中，随着目标量差值Δx的减小，开关阀在一个周期内的开通时间tn逐渐减小，直至达到所要求的精度。
与现有技术相比，本发明由于采用了电磁开关阀，不但实施费用较低，而且实施简单、可靠。另外，本发明对使用环境要求不高，所以应用范围较广，如可用于机械设备的液压油缸柱塞定位系统控制、水厂管道阀门控制、泥浆输送管道阀门控制等。使用本发明可以取代比例阀、伺服阀等线性阀部件，不仅降低了使用成本，而且具有不宜堵塞、更不易磨损、部件使用功能更加可靠、使用寿命更长等优点。
图1是本发明的控制原理框图。
图2是本发明一个实例的控制框图。
图3是本发明实施例的测试结果曲线图。
具体实施例方式
本发明的控制原理如图1所示把目标量差值Δx输入tn＝(Δx÷B)2×KT运算模块21中，得到tn；将实时时间t与KT求余(即t％KT)，得到一个从0到KT范围变化的数值rt，再把tn与数值rt通过比较器22进行比较，如果tn≥rt时，其输出模块23的输出信号f(t)为1，如果tn＜rt时，输出信号f(t)为0；输出信号f(t)控制电磁开关阀24当f(t)为1时，开关阀24打开，当f(t)为0时，开关阀24关闭；对于通过开关阀24控制的系统中的介质总量S来说，是和它的物理结构参数P有关的介质流量的积分。
图2给出了本发明用于连铸机液压缸活塞位置闭环系统的控制框图。本发明通过三位开关电磁阀来控制液压缸的活塞位置，系统的流体压力源恒定。
该控制系统工作时，首先设定期望的位置给定量，控制系统得到位移传感器36的反馈信号，根据本发明的数学模型控制数字量板卡33的输出，输出信号控制电磁开关阀34的通断来控制液压缸35活塞的位置。
本实例中电磁开关阀的最小开关周期T为250毫秒(系统的惯性很大)；调整系数K值设为4，这样可以减小阀的开关次数，有利于降低油缸惯性，还有利于延长阀的使用寿命；调整系数B越小，系统的调节精度就越高，本实例中调整系数B设定为0.5；系统运行时电磁开关阀的开关周期KT＝1000毫秒。根据tn＝(Δx÷B)2×KT，当目标量差值Δx＝0.5毫米时，tn＝KT＝1000毫秒，也就是说当目标量差值Δx为0.5毫米以前，开关阀一直处于开通状态，目标量差值小于0.5毫米以后随着目标量差值的减小，电磁阀的开通时间tn逐渐减小。譬如，目标量差值Δx＝0.4毫米时，电磁阀的开通时间tn为640毫秒，关闭的时间为360毫秒；目标量差值Δx＝0.3毫米时，电磁阀的开通时间tn为360毫秒，关闭时间为640毫秒。最终电磁阀完全关闭，液压缸活塞停止在所要求的位置上。
在实际运行中电磁开关阀有一个工作死区τ，即当开关时间在这个工作死区范围内时，阀是没有动作的。如果(Δx÷B)2×KT＜τ时，最终的目标量差值Δx已能满足精度要求，则不必考虑电磁开关阀的工作死区问题。
如果要进一步提高控制精度，可以考虑电磁开关阀的工作死区问题。即当τ/C≤(Δx÷B)2×KT＜τ时，令tn＝τ；
当(Δx÷B)2×KT＜τ/C时，令tn＝0；式中τ为电磁开关阀的工作死区，C是大于1的系数。
本实例中电磁开关阀的工作死区为20毫秒，系数C设定为2，即当计算出的电磁开关阀的开通时间小于20毫秒，而大于或等于10毫秒时，使tn＝20毫秒；当计算出的电磁开关阀的开通时间小于10毫秒时，就认为目标量差值为0，使tn＝0。
本实例所设定的液压缸活塞位置给定值为20毫米，系统实际运行中实测的数据如表1，数据曲线如图3所示。
表1
从表1和图3可以看出，液压缸活塞从15毫米左右处开始移动，在目标量差值为0.5毫米(实际位置为19.5毫米)以前开关阀一直为开通状态，目标量差值小于0.5以后随着目标量差值的减小，tn逐渐减小。最终经过9秒的时间，实际位置到达19.955毫米，液压缸活塞的位置偏差在0.05毫米之内。
权利要求
1.用电磁开关阀控制流量连续可调的方法，其特征是在到达给定的流体目标量之前电磁开关阀连续周期性的进行开启和关闭；1)每个开启、关闭周期中电磁开关阀的开启、关闭时间按下式确定；f(t)=1;t∈[(n-1)KT,(n-1)KT+tn]0;t∈((n-1)KT+tn,nKT)]]>式中f(t)为电磁开关阀的输入信号，f(t)＝1时，电磁开关阀开启；f(t)＝0时，电磁开关阀关闭；t为实时时间；tn为控制开关阀的逻辑“1”时间；n是周期数，n为大于等于1的正整数；T为开关阀的最小开关周期；K为调整系数，K≥1；2)上式中控制开关阀的逻辑“1”时间tn由下面的表达式确定tn＝(Δx÷B)2×KT式中Δx为目标量差值；B为闭环控制系统的调整系数。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征是所说的调整系数K的取值范围为5≥K≥2，调整系数B的取值范围为1≥B≥0.1。
3.如权利要求1或2所述的控制方法，其特征是当τ/C≤(Δx÷B)2×KT＜τ时，令tn＝τ；当(Δx÷B)2×KT＜τ/C时，令tn＝0；式中τ为电磁开关阀的工作死区，C是大于1的系数。
全文摘要
本发明是一种用电磁开关阀控制流量连续可调的方法，是在到达给定的目标量之前电磁开关阀按下式连续周期性的进行开启和关闭式中f(t)为电磁开关阀的输入信号，f(t)＝1时，电磁开关阀开启；t为实时时间；t
文档编号G05D7/06GK1804747SQ200510096408
公开日2006年7月19日 申请日期2005年11月24日 优先权日2005年11月24日
发明者贾涛, 李生斌, 区兴华, 谷振云, 谢世明, 苏力 申请人:西安重型机械研究所