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专利号: 202010485852X
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于速度控制器实现高速开关阀阀芯运动可控的方法,其特征在于,高速开关阀(6)的线圈通过电流检测器(5)与高速切换开关(4)相连,高速切换开关(4)有三个接触头,其中第一接触头(4‑1)与第一电压源(2)相连、第二接触头(4‑2)与第二电压源(3)相连、第三接触头(4‑3)与电流检测器(5)相连;高速开关阀(6)内安装有位移传感器(7)用于获得高速开关阀阀芯运动状态;压力传感系统(8)与高速开关阀(6)相连实时获得电磁阀各工作口的压力状态;控制器(9)与位移传感器(7)、压力传感系统(8)相连;控制器(9)与占空比控制器(1)相连;占空比控制器(1)相连的输出分别连接第一电压源(2)和第二电压源(3);控制器(9)与高速切换开关(4)相连,控制第三接触头(4‑3)与其它接触头的连接状态;所述的控制器(9)包括速度闭环控制器(10);

将高速开关阀的一个工作周期分为8个阶段,通过控制每个周期各阶段的占空比控制器(1)输出占空比进行高速开关阀的控制,一个周期内,所述方法包括如下步骤:

1)预加载激励阶段

在控制信号上升沿到来之前,控制器预先控制第三接触头与第一接触头连通,并预先触发占空比控制器,占空比控制器输出占空比为A的高频方波信号给第一电压源,第一电压源输出相应的电压方波,在电压方波作用下,线圈电流达到预加载电流值,所述预加载电流值小于开启电流;

2)预加载维持阶段

达到预加载电流值后,控制器触发占空比控制器,占空比控制器输出占空比为B的高频方波信号给第一电压源,第一电压源开始输出占空比为B的电压方波,在此电压方波的作用下,线圈电流一直保持在预加载电流值上做高频小幅的波动;

3)开启阶段

控制信号上升沿到来时,控制器触发占空比控制器,占空比控制器输出占空比为C的高频方波信号给第一电压源,第一电压源输出相应的电压方波,在电压方波作用下,线圈电流上升,当线圈电流达到开启电流时开关阀开始打开,电流继续上升,此时电磁力随之上升,阀芯处于加速状态;当阀芯速度达到预设的开启缓冲速度V1后,触发速度闭环控制器,阶段

3)结束;

4)开启缓冲阶段

阀芯速度达到V1后,控制器控制第三接触头与第二接触头连通,位移传感器将阀芯速度实时传递给速度闭环控制器;速度闭环控制器将阀芯速度作为输入量,实时与预设开启缓冲速度V1进行比较,根据比较结果调整此阶段的占空比控制器的输出占空比D,第二电压源根据占空比的实时改变输出相应的电压,使阀芯速度稳定在开启缓冲速度V1直至高速开关阀完全打开;

5)维持阶段

当高速开关阀完全打开后,控制器控制第三接触头与第一接触头连通,位移传感器向控制器输出信号,控制器此时触发占空比控制器,占空比控制器输出占空比为E的高频方波信号给电压源,第一电压源输出相应的电压方波,在电压方波作用下,电流下降到开启维持电流上做波动,直至控制信号下降沿的到来,其中开启维持电流大于关闭电流;

6)关闭阶段

当控制信号下降沿到来时,控制器触发占空比控制器,占空比控制器输出占空比为F的高频方波信号给第一电压源,第一电压源输出相应的电压方波,在电压方波作用下,线圈电流迅速下降至关闭电流,此时高速开关阀开始关闭,电压方波继续激励,电流继续下降,电磁力随之下降,阀芯所受合力增加,阀芯速度也持续升高;当阀芯速度达到预设的关闭缓冲速度V2后,触发速度闭环控制器,阶段6)结束;

7)关闭缓冲阶段

阀芯速度达到V2后,控制器控制第三接触头与第二接触头连通,位移传感器将阀芯速度实时传递给速度闭环控制器;速度闭环控制器将阀芯速度作为输入量,实时与预设关闭缓冲速度V2进行比较,根据比较结果调整此阶段的占空比控制器的输出占空比G,第二电压源根据占空比的实时改变输出相应的电压,使阀芯速度稳定在关闭缓冲速度V2直至高速开关阀完全关闭;

8)关闭维持阶段

当高速开关阀完全关闭,控制器控制第三接触头与第一接触头连通,位移传感器将信号传给控制器,控制器触发占空比控制器,占空比控制器输出占空比为0的高频方波信号给第一电压源,第一电压源输出零电压,电流下降至零电流;直至下一个周期的到来。

2.根据权利要求1所述的基于速度控制器实现高速开关阀阀芯运动可控的方法,其特征在于所述的占空比A、B、C、E、F在各自阶段持续时间内均不变。

3.根据权利要求1所述的基于速度控制器实现高速开关阀阀芯运动可控的方法,其特征在于速度闭环控制器的工作方式为:当阀芯速度大于预设缓冲速度时,降低占空比控制器的输出占空比;当阀芯速度小于预设缓冲速度时,升高占空比控制器的输出占空比;当阀芯速度等于预设缓冲速度时,维持当前占空比。

4.根据权利要求1所述的基于速度控制器实现高速开关阀阀芯运动可控的方法,其特征在于预加载激励阶段的占空比A为100%。

5.根据权利要求1所述的基于速度控制器实现高速开关阀阀芯运动可控的方法,其特征在于所述的预加载电流值为开启电流的90‑95%;占空比为B的电压方波的等效电压为预加载电流值与线圈电阻的乘积。

6.根据权利要求1所述的基于速度控制器实现高速开关阀阀芯运动可控的方法,其特征在于占空比为E的电压方波的等效电压为开启维持电流与线圈电阻的乘积,开启维持电流为关闭电流的105‑110%。

7.根据权利要求1所述的基于速度控制器实现高速开关阀阀芯运动可控的方法,其特征在于开启阶段的占空比C为100%。

8.根据权利要求1所述的基于速度控制器实现高速开关阀阀芯运动可控的方法,其特征在于关闭阶段的占空比E为‑100%。

9.根据权利要求1所述的基于速度控制器实现高速开关阀阀芯运动可控的方法,其特征在于所述的开启缓冲速度V1小于0.6m/s,关闭缓冲速度V2小于0.2m/s。

10.根据权利要求1所述的基于速度控制器实现高速开关阀阀芯运动可控的方法,其特征在于所述的第一电压源的幅值小于第二电压源。