基于pwm的比例電磁閥驅(qū)動方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動方法及系統(tǒng)，其中，該基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動方法包括：預(yù)先設(shè)置占空比與頻率值的對應(yīng)關(guān)系，所述對應(yīng)關(guān)系中頻率值的分布規(guī)律為中間占空比對應(yīng)的頻率值大于兩側(cè)占空比對應(yīng)的頻率值；根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系確定目標(biāo)占空比對應(yīng)的頻率值；根據(jù)所述目標(biāo)占空比及其對應(yīng)的頻率值，生成PWM驅(qū)動信號，以及利用所述PWM驅(qū)動信號驅(qū)動比例電磁閥。本發(fā)明提供的基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動方法能使電磁閥輸出穩(wěn)定的二次壓力、電磁閥的功率損耗較低、以及保留了電磁閥閥芯的小幅顫振來防止閥芯卡滯。
【專利說明】基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及比例電磁閥驅(qū)動領(lǐng)域，特別涉及一種基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動方法 及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 比例電磁閥最為理想的驅(qū)動信號為載有小幅顫振的直流電。但出于系統(tǒng)復(fù)雜程度 和成本的考慮，挖掘機(jī)等工程機(jī)械的嵌入式控制系統(tǒng)通常利用脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation, PWM)的方法來驅(qū)動比例電磁閥，PWM包含占空比和頻率兩種信息：調(diào)整占空比 可以得到所需電壓值；而PWM頻率的選擇對比例電磁閥二次壓力的穩(wěn)定性和自身功耗有很 大影響。
[0003] 目前大多采用固定頻率的PWM驅(qū)動比例電磁閥，其存在以下缺點(diǎn)：
[0004] 1)驅(qū)動比例電磁閥的PWM頻率過低會引起比例電磁閥二次壓力隨PWM脈沖波動；
[0005] 2)驅(qū)動比例電磁閥的PWM信號頻率過高將會降低電磁閥的響應(yīng)時(shí)間，且會產(chǎn)生過 多的功率損失，增加電磁閥的磁滯損耗和渦流損耗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明提出一種基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動方法及基于PWM的比例電 磁閥驅(qū)動系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)頻率隨PWM占空比變化，進(jìn)而穩(wěn)定比例電磁閥二次壓力、防止閥芯卡 滯和降低功耗。
[0007] -方面，本發(fā)明提供了一種基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動方法，包括：預(yù)先設(shè)置占空 比與頻率值的對應(yīng)關(guān)系，所述對應(yīng)關(guān)系中頻率值的分布規(guī)律為中間占空比對應(yīng)的頻率值大 于兩側(cè)占空比對應(yīng)的頻率值；根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系確定目標(biāo)占空比對應(yīng)的頻率值；根據(jù)所述 目標(biāo)占空比及其對應(yīng)的頻率值，生成PWM驅(qū)動信號，以及利用所述PWM驅(qū)動信號驅(qū)動比例電 磁閥。
[0008] 進(jìn)一步地，所述"根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系確定目標(biāo)占空比對應(yīng)的頻率值"的步驟包括： 首先根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行線性插值計(jì)算；然后根據(jù)線性插值計(jì)算的結(jié)果確定所述目標(biāo)占 空比對應(yīng)的頻率值。
[0009] 進(jìn)一步地，所述"預(yù)先設(shè)置占空比與頻率值的對應(yīng)關(guān)系"的步驟包括：預(yù)先設(shè)置占 空比為10%、50%及90%時(shí)對應(yīng)的頻率值，其中占空比50%為中間占空比，占空比50%對 應(yīng)的頻率值最大，占空比為10%及90%分別為最小占空比及最大占空比，占空比為10%和 /或90%對應(yīng)的頻率值最小。
[0010] 進(jìn)一步地，所述占空比為10%及90%時(shí)對應(yīng)的頻率值相同。
[0011] 進(jìn)一步地，所述的基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動方法還包括：實(shí)時(shí)感測比例電磁閥 中的液壓油油溫；在所述"根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系確定目標(biāo)占空比對應(yīng)的頻率值"的步驟之后還 包括：根據(jù)預(yù)設(shè)的頻率值隨所述液壓油油溫的變化的調(diào)整方法，調(diào)整所述目標(biāo)占空比對應(yīng) 的頻率值；所述頻率隨油溫變化的調(diào)整方法包括：隨所述液壓油油溫升高，增大所述頻率 值。
[0012] 另一方面，本發(fā)明提供了一種基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動系統(tǒng)，包括：對應(yīng)關(guān)系設(shè) 置單元，用于預(yù)先設(shè)置占空比與頻率值的對應(yīng)關(guān)系，所述對應(yīng)關(guān)系中頻率值的分布規(guī)律為 中間占空比對應(yīng)的頻率值大于兩側(cè)占空比對應(yīng)的頻率值；頻率確定單元，用于根據(jù)所述對 應(yīng)關(guān)系確定目標(biāo)占空比對應(yīng)的頻率值；驅(qū)動信號生成單元，用于根據(jù)所述目標(biāo)占空比及其 對應(yīng)的頻率值，生成PWM驅(qū)動信號；驅(qū)動單元，用于利用所述PWM驅(qū)動信號驅(qū)動比例電磁閥。
[0013] 進(jìn)一步地，所述頻率確定單元包括：計(jì)算子單元，用于根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行線性 插值計(jì)算；確定子單元，用于根據(jù)線性插值計(jì)算的結(jié)果確定所述目標(biāo)占空比對應(yīng)的頻率值。
[0014] 進(jìn)一步地，所述對應(yīng)關(guān)系設(shè)置單元包括存儲子單元，用于預(yù)先設(shè)置占空比為10%、 50%及90%時(shí)對應(yīng)的頻率值，其中占空比50%為中間占空比，占空比50%對應(yīng)的頻率值最 大，占空比為10%及90%分別為最小占空比及最大占空比，占空比為10%和/或90%對應(yīng) 的頻率值最小。
[0015] 進(jìn)一步地，所述的基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動系統(tǒng)還包括：感測單元，用于實(shí)時(shí)感 測比例電磁閥中的液壓油油溫；調(diào)整單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的頻率值隨所述液壓油油溫的變 化的調(diào)整方法，調(diào)整所述目標(biāo)占空比對應(yīng)的頻率值；所述頻率隨油溫變化的調(diào)整方法包括： 隨所述液壓油油溫升高，增大所述頻率值
[0016] 進(jìn)一步地，所述基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)置在DSP芯片或通用CPU中。
[0017] 本發(fā)明基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動方法及系統(tǒng)通過根據(jù)比例電磁閥控制所需占 空比的不同采用不同的PWM頻率，具體地在兩側(cè)占空比，采用較低的PWM頻率，而在中間占 空比采用較高的頻率，實(shí)現(xiàn)使比例電磁閥達(dá)到輸出壓力穩(wěn)定、防止閥芯卡滯和降低功耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí) 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0019] 圖1為本發(fā)明基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動方法實(shí)施例中不同占空比條件下線圈電 流波動大小dl和電流值I變化圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動方法實(shí)施例提供的流程圖；
[0021] 圖3為本發(fā)明基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動方法實(shí)施例提供的另一流程圖；
[0022] 圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動系統(tǒng)提供的結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0024] 本申請的理論依據(jù)為：鑒于比例電磁鐵屬于勵磁式電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器件，嵌入式控 制器產(chǎn)生的控制電流在比例電磁鐵線圈中產(chǎn)生磁通，推動銜鐵位移，閥芯受到的電磁力具 有與電流波動相同的頻率。綜合考慮比例電磁閥的機(jī)電液系統(tǒng)可知，其機(jī)械系統(tǒng)部分傳遞 函數(shù)可作為低通二階濾波，而電氣系統(tǒng)傳遞函數(shù)可作為低通一階濾波。采用PWM驅(qū)動比例 電磁閥時(shí)，線圈中的穩(wěn)態(tài)電流I和電流波動dl取決于線圈的時(shí)間常數(shù)τ以及PWM頻率1/ T和占空比D。根據(jù)瞬態(tài)電流可以推導(dǎo)出穩(wěn)態(tài)電流I及電流波動dl大小如式（1)所示。
[0025]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動方法，其特征在于，包括： 預(yù)先設(shè)置占空比與頻率值的對應(yīng)關(guān)系，所述對應(yīng)關(guān)系中頻率值的分布規(guī)律為中間占空 比對應(yīng)的頻率值大于兩側(cè)占空比對應(yīng)的頻率值； 根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系確定目標(biāo)占空比對應(yīng)的頻率值； 根據(jù)所述目標(biāo)占空比及其對應(yīng)的頻率值，生成PWM驅(qū)動信號，以及利用所述PWM驅(qū)動信 號驅(qū)動比例電磁閥。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動方法，其特征在于，所述"根據(jù)所 述對應(yīng)關(guān)系確定目標(biāo)占空比對應(yīng)的頻率值"的步驟包括： 首先根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行線性插值計(jì)算； 然后根據(jù)線性插值計(jì)算的結(jié)果確定所述目標(biāo)占空比對應(yīng)的頻率值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動方法，其特征在于，所述"預(yù)先設(shè) 置占空比與頻率值的對應(yīng)關(guān)系"的步驟包括： 預(yù)先設(shè)置占空比為10 %、50 %及90 %時(shí)對應(yīng)的頻率值，其中占空比50%為中間占空 t匕，占空比50%對應(yīng)的頻率值最大，占空比為10%及90%分別為最小占空比及最大占空 t匕，占空比為10%和/或90%對應(yīng)的頻率值最小。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動方法，其特征在于，所述占空比為 10%及90%時(shí)對應(yīng)的頻率值相同。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動方法，其特征在于， 還包括：實(shí)時(shí)感測比例電磁閥中的液壓油油溫； 在所述"根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系確定目標(biāo)占空比對應(yīng)的頻率值"的步驟之后還包括： 根據(jù)預(yù)設(shè)的頻率值隨所述液壓油油溫的變化的調(diào)整方法，調(diào)整所述目標(biāo)占空比對應(yīng)的 頻率值； 所述頻率隨油溫變化的調(diào)整方法包括：隨所述液壓油油溫升高，增大所述頻率值。
6. 一種基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，包括： 對應(yīng)關(guān)系設(shè)置單元，用于預(yù)先設(shè)置占空比與頻率值的對應(yīng)關(guān)系，所述對應(yīng)關(guān)系中頻率 值的分布規(guī)律為中間占空比對應(yīng)的頻率值大于兩側(cè)占空比對應(yīng)的頻率值； 頻率確定單元，用于根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系確定目標(biāo)占空比對應(yīng)的頻率值； 驅(qū)動信號生成單元，用于根據(jù)所述目標(biāo)占空比及其對應(yīng)的頻率值，生成PWM驅(qū)動信號； 驅(qū)動單元，用于利用所述PWM驅(qū)動信號驅(qū)動比例電磁閥。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述頻率確定 單元包括： 計(jì)算子單元，用于根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行線性插值計(jì)算； 確定子單元，用于根據(jù)線性插值計(jì)算的結(jié)果確定所述目標(biāo)占空比對應(yīng)的頻率值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述對應(yīng)關(guān)系 設(shè)置單元包括存儲子單元，用于預(yù)先設(shè)置占空比為10%、50%及90%時(shí)對應(yīng)的頻率值，其 中占空比50%為中間占空比，占空比50%對應(yīng)的頻率值最大，占空比為10%及90%分別為 最小占空比及最大占空比，占空比為10%和/或90%對應(yīng)的頻率值最小。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述的基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，還 包括： 感測單元，用于實(shí)時(shí)感測比例電磁閥中的液壓油油溫； 調(diào)整單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的頻率值隨所述液壓油油溫的變化的調(diào)整方法，調(diào)整所述目 標(biāo)占空比對應(yīng)的頻率值；所述頻率隨油溫變化的調(diào)整方法包括：隨所述液壓油油溫升高， 增大所述頻率值。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求9所述的基于PWM的比例電磁閥驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述基 于PWM的比例電磁閥驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)置在DSP芯片或通用CPU中。
【文檔編號】F16K31/06GK104344055SQ201410473388
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】汪春暉, 王杏, 康健 申請人:三一重機(jī)有限公司