一种电磁阀动态特性优化方法

本发明属于电磁阀控制领域，具体涉及一种电磁阀动态特性优化方法。

背景技术：

1、数字液压技术是数字技术和液压传动技术的深度融合，被认为是目前实现液压系统高速、高精度控制最理想的方法之一。高速开关阀是数字液压技术中的核心控制元件，凭借其体积小、成本低、频响高、抗污染能力强的特点被广泛应用，其工作性能决定了整体数字液压控制系统的性能。但由于数字开关阀的流量输出是将流体离散化再融合的过程，因此输出流量存在扰动、冲击和振动等问题，从而影响液压系统的控制精度。

2、通过提高数字开关阀的启闭/工作频率可以有效降低、减缓输出流量的振动问题。数字开关阀的启闭频率越高，数字开关阀单个启闭周期能够通过的流体越少，离散化的流量体积就越小，因此流量融合产生的扰动、冲击和振动越小。此外数字开关阀的启闭频率越高，输出流量调整/响应速度就越快，因此输出流量的“分辨率”就越高，即控制精度就越好。而数字开关阀的最大启闭频率由其动态特性所决定，动态特性是指数字开关阀阀芯完全开启和关闭所需要的时间，其启闭总时间越短动态特性越好，数字开关阀的最大启闭频率越高。

3、由于线圈中的磁场强度与线圈电流直接相关，当电流逐渐减少，线圈中的磁场也就越弱，使得电磁铁所产生的电磁力越弱，而在关闭阶段电磁力属于阻力，起阻止阀关闭作用，所以使电磁力快速下降到零，将能够有效提高阀的关闭速度，达到提高开关阀动态特性的目的。目前，针对数字开关阀的驱动策略中，在阀关闭阶段大多都是采用零电压或是负电压驱动，目的为让电流下降到零。但由于电磁铁具有磁滞特性，当电流下降到零，即线圈中的电场为零时，电磁铁的磁感应强度还存在一个剩磁，仍有电磁力存在，这会阻碍开关阀关闭速度的提升。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的问题，本发明提出了一种电磁阀动态特性优化方法。本发明重点在于由于电磁阀关闭阶段的动态特征，基于电磁铁的磁滞特性，本发明在开关阀关闭阶段采取负电压驱动，将电流下拉超过0值，到达负值，使得线圈内产生反向磁场，对电磁铁进行退磁，直到电磁铁磁化强度为零，达到快速关闭的效果。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明首先提供了一种电磁阀动态特性优化方法，其包括如下步骤：

4、1)在电磁阀进入关闭阶段时，对电磁阀施加反向高电压作为关闭驱动电压；在反向高电压作用下，将电磁阀线圈电流下拉至一设定负值电流；其中，所述设定负值电流为电磁铁的磁感应强度为零时的线圈电流，负值表示此时线圈电流方向与电磁阀开启阶段的线圈电流方向相反；

5、2)当电磁阀线圈电流下降至设定负值后，对电磁阀施加一个关闭维持电压维持此电流，直至阀完全关闭；

6、3)阀完全关闭后，对电磁阀施加0电压直至下一个控制周期。

7、根据本发明的优选实施例，所述设定负值电流采用如下方法进行确定：

8、首先，从电磁铁的磁滞曲线图得到矫顽磁力hc的大小；

9、将得到的矫顽磁力hc带入下式，得到设定负值电流i

10、

11、n为激励线圈数，i为负值电流，le为有效磁路长度。

12、根据本发明的优选方案，所述的步骤1)中，采用电流计实时获取线圈电流，当电流计检测到线圈电流下拉至设定负值电流后，进入步骤2)。

13、根据本发明的优选方案，所述的步骤1)中，电磁阀进入关闭阶段前，电磁阀的线圈电流一直保持在开启维持电流以保证电磁阀开启；由于开启维持电流为定值，同时反向高电压也为定值，因此线圈电流的大小与反向电压的持续加载时间有关；

14、预先获取在反向高电压的持续作用下，线圈电流由开启维持电流下降至设定负值电流所需时间t；所述的步骤1)中，控制关闭阶段反向高电压的持续加载时间为t，然后即进入步骤2)。

15、根据本发明的优选方案，所述的步骤2)中，关闭维持电压的大小为设定负值电流与线圈电阻的乘积。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

17、本发明针对电磁铁磁滞特性会影响到开关阀关闭速度的问题，提出在开关阀关闭阶段使用负电压快速拉低电流，相比以往将电流拉低到零，通过增加负电压加载时长，将电流拉低到负值，使线圈内产生反向磁场，达到电磁铁磁化曲线中的矫顽磁力点，将电磁铁的磁感应强度降低到零，从而使电磁力下降到零，使得开关阀能够更快的关闭，提高关闭阶段的动态特性。

技术特征：

1.一种电磁阀动态特性优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的电磁阀动态特性优化方法，其特征在于，所述设定负值电流采用如下方法进行确定：

3.根据权利要求1所述的电磁阀动态特性优化方法，其特征在于，所述的步骤1)中，采用电流计实时获取线圈电流，当电流计检测到线圈电流下拉至设定负值电流后，进入步骤2)。

4.根据权利要求1所述的电磁阀动态特性优化方法，其特征在于，所述的步骤1)中，电磁阀进入关闭阶段前，电磁阀的线圈电流一直保持在开启维持电流以保证电磁阀开启；由于开启维持电流为定值，同时反向高电压也为定值，因此线圈电流的大小与反向电压的持续加载时间有关；

5.根据权利要求1所述的电磁阀动态特性优化方法，其特征在于，所述的步骤2)中，关闭维持电压的大小为设定负值电流与线圈电阻的乘积。

技术总结
本发明公开了一种电磁阀动态特性优化方法，属于电磁阀控制领域。本发明针对现有电磁阀在关闭阶段时，电磁铁的剩磁会阻碍电磁阀更快的关闭的问题。提出在电磁阀关闭阶段使用负电压快速拉低电流，直至电磁铁的磁感应强度为零。相比以往将电流拉低到零，通过增加负电压加载时长，将电流拉低到负值，使线圈内产生反向磁场，达到电磁铁磁化曲线中的矫顽磁力点，将电磁铁的磁感应强度降低到零，从而使电磁力下降到零，使得电磁阀能够更快的关闭，提高关闭阶段的动态特性。

技术研发人员：钟麒,毛永鑫,徐恩光,陈晓齐,何贤剑,王军
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11